Открытия и изобретения ХХ века. Энциклопедия

Самым старым небоскрёбом в мире считается Нью-йоркский «Парк роу билдинг» – 119 метров, 30 этажей. Оно построено в 1899 году и используется по сей день. Но первое в полном смысле высотное здание построено в Нью-Йорке в 1909 году. Это 213-метровый 50-этажный «Мет Лайф Тауэр», который тоже стоит до сих пор. Самыми величественными, самыми красивыми небоскрёбами Нью-Йорка можно считать «Крайслер билдинг», 319 метров, 77 этажей, постройки 1930 года, и, разумеется, 102-этажный 381-метровый «Эмпайр Стейт билдинг», небоскрёб в стиле «Ар деко», возведённый в 1931 году.

Конечно, мы не можем не вспомнить погибшие в 2001 году башни-близнецы Всемирного торгового центра в Нью-Йорке. 110 этажные 417 метровые здания были построены в 1972 году. Два года они были самыми высокими домами в мире. В 1974 году первенство перехватил чикагский небоскрёб «Сирс-Тауэр», построенный в 1974. В этом здании 108 этажей, а высота его 443 метра. После трагедии 14 сентября 2001 года «Сирс-Тауэр» самое высокое здание на территории Северной Америки.

В 70-е годы в «высотную гонку» строительства небоскрёбов включились многие страны мира. При этом небоскрёбами не считаются телевизионные и иные башни, не являющиеся жилыми, деловыми или производственными зданиями.

В наши дни небоскрёбы есть на всех континентах, исключая, конечно, Антарктиду (этот континент сам по себе гигантский природный небоскрёб – из-за толстого ледового панциря). В Южной Америке самым высоким зданием является 56-этажный 221-метровый «Парк Сентрал Торе Ест» в Каракасе. В Австралии – мельбурнский 52-этажный «120 Коллинз стрит» высотой 264 метра. В Африке самым высоким небоскрёбом считается 50-этажный «Карлтон Центр Офис Тауэр» в Йоханнесбурге – его высота 223 метра. В Азии – построенный в 2003 году в столице Тайваня «Тайбэй 101». На сегодняшний день это самое высокое здание мира. Его высота 508 метров, а количество этажей – 101. Это огромное здание помимо прочего ещё и очень красиво. В нём угадываются черты традиционной китайской архитектуры…

А что же Европа? Есть здесь небоскрёбы? Конечно, есть. Самое высокое здание Европы находится в Москве. Это построенный в 2005 году «Триумф-Палас», 54-этажный 264-метровый красавец, настоящее украшение столицы нашего Отечества.

Глава 19

Забытые изобретения – граммофон, патефон и электрофон

История изобретения звукозаписи связана с именем Томаса Альва Эдисона (годы жизни 1847—1931). 19 февраля 1877 года уже знаменитый на весь мир Томас Эдисон, автор множества изобретений, главным из которых можно считать создание первой в мире научно-исследовательской лаборатории в Менлон-Парке, штат Нью-Джерси, полностью укомплектованной научными кадрами и ориентированную на разработку и внедрение в производство любой технической продукции, получил патент номер 200521 на аппарат для записи и воспроизведения голоса – фонограф. Как это ни удивительно, но изобретение Эдисона появилось совершенно неожиданно. До него никто не работал над прибором для звукозаписи. Людям просто в голову не приходило «законсервировать звук». А разного рода музыкальные шкатулки и шарманки казались вполне достаточными для воспроизведения «механической музыки» игрушками. Случай просто поразительный – фонограф Эдисона появился ещё до того, как появилась реальная потребность в звукозаписи. Можно сказать, что фонограф эту потребность и породил.

Устроен фонограф был следующим образом.. Звуковые колебания воздуха воздействовали через рупор на металлическую мембрану, механически соединенную с записывающим резцом (иглой). Носителем был вращающийся валик с надетым на него слоем оловянной фольги, покрытой, в свою очередь, воском. Фонограф был снабжен пружинным механизмом, приводившим во вращение валик и перемещавшим резак (вместе с мембраной и рупором) вдоль поверхности валика. Звуковые колебания передавались резцу, который оставлял на восковой поверхности дорожку. При воспроизведении игла считывала неровности дорожки, приводила в движение мембрану – из рупора раздавался записанный на валик звук… Кстати, самой первой в истории фонограммой стала запись детской песенки «У Мэри был барашек».

В 1888 году американский изобретатель Эмиль Берлинер (годы жизни 1851—1929) изобрёл граммофон и технологию массового производства граммофонных пластинок. Вместо воскового валика Берлинер применил в своём граммофоне односторонние пластинки (то есть звуковая дорожка была нанесена лишь на одну сторону), изготовленные из стекла. После множества экспериментов с разными смолами и целлулоидом, в 1897 году изобретатель нашёл новый материал, который как нельзя лучше подходил для тиражирования звукозаписей. Пластинки стали изготавливать из смеси шеллака – воскоподобного вещества, выделяемого тропическими насекомыми семейства лаковых червецов, шпата и сажи. Запись звука производилась в специализированной студиях, а тиражирование – промышленным способом путем прессования с эталонного мастер-диска. Звук же с пластинки воспроизводился стальной иглой, которая передавала колебания мембране. Колебания мембраны усиливались большим рупором обычно картонным.

Самой первой фабрикой по производству грампластинок стала компания Victor – «Победитель». Она располагалась в американском городе Кемдене. Удивительно, но эта компания существует до сих пор, и все мы прекрасно знакомы и с её продукцией, и с её разработками. Современная компания JVC – Japan Victor Company – есть ни что иное, как японский филиал Victor. Именно JVC принадлежит разработка видеомагнитофона системы VHS, домашнего кассетного видео, покорившего весь мир и только в последние годы уступившего пальму первенства системе оптической цифровой видеозаписи DVD.

Что же касается тех первых грампластинок, выпущенных на американский рынок на рубеже веков, то они выглядели совсем иначе, нежели известные всем грампластинки. Звуковая дорожка раскручивалась не от края к центру, а наоборот – от центра к краю. А в центре пластинки было не одно круглое отверстие, а два. То есть вращающийся тяжёлый диск, на который укладывалась пластинка, имел пару выступов, на которые и насаживалась грампластинка. Современный вид граммофонная пластинка получила уже в ХХ веке.

Граммофон был уже самым настоящим проигрывателем, а не универсальным звукозаписывающим устройством, каким был фонограф Эдисона. Казалось бы, сужение функциональности должно было привести к снижению интереса покупателей к граммофону. Но произошло обратное – спор на граммофоны и на грампластинки был просто колоссальным. В 1897 году граммофоны появились и в России, а вместе с ними и специализированные фирмы, торговавшие грамзаписями. С тех пор и до ввода в производство грампластинок новых материалов, компании, торгующие грамзаписями, осуществляли приём старых грампластинок в обмен на новые, которые можно было купить со значительной скидкой. Не будем забывать, что основой грампластинки был органический материал шеллак, который был достаточно дефицитен.

Секрет успеха заключался в том, что собственно запись голоса или каких-либо иных звуков в быту была мало кому нужна. Примерно то же происходит и в наше время, достаточно посмотреть на объёмы производства диктофонов и музыкальных плееров, которые отличаются в сотни раз. Покупатели грампластинок приобретали не просто звуковую запись на пластинке, они покупали музыку, голоса оперных певцов и театральных актёров. Значение появления грамзаписи невозможно переоценить. Грампластинка изменила само понятие музыкального искусства, сделав его доступным не только посетителям музыкальных салонов и оперных театров, но миллионам и миллионам людей по всему миру.

Особой заслугой граммофона можно назвать то, что именно благодаря грамзаписи мы можем услышать голоса далёкого прошлого. Да что там – можем! Каждый из нас наверняка знает голос Фёдора Ивановича Шаляпина (годы жизни 1873—1938). А глубокий бас Шаляпина дошёл до нас только на грампластинках. И мы, услышав его по радио, тут же узнаём… А голос Есенина? А голос Маяковского? А голоса Эдит Пиаф и музыка Гленна Миллера?

И всё же были у граммофона серьёзные недостатки. Главный из них – огромный рупор, превращающий проигрыватель в аппарат салонный и практически нетранспортабельный. И вот, в 1907 году, сотрудник французской звукозаписывающей компании «Пате» Гильотен Кеммлер предложил конструкцию портативного варианта граммофона, названного по имени компании «патефон». В отличие от граммофона патефон не имел усиливающего звук рупора. В качестве рупора работал полый корпус проигрывателя – как резонатор звуковых колебаний. Для изменения конструкции особых усилий и не требовалось (но надо было до этого додуматься). В граммофоне мембрана соединялась с рупором посредством специальной полой трубки через шарнир, чтобы не ограничивать движения звукоснимателя с иглой и мембраной. Но рупор обладал большими размерами, а это соединение с мембраной увеличивало риск повреждения пластинки при неосторожном касании. В одной из конструкций 1902 года граммофон был устроен так, что мембрана соединялась с полым деревянным основанием, в котором устанавливался и пружинный заводной привод диска, а основание – с рупором. Деревянный корпус выполнял функции усилителя звука. Ну а затем оставалось только подобрать объём и материал самого корпуса, а раструб рупора попросту убрать…

Эпоха патефонов, которые, кстати, выпускались не только компанией «Пате», растянулась до середины 50-х годов ХХ века. Последний серийный патефон был выпущен в 1955 году. А затем ему на смену пришли электронные устройства – электрофон и радиола, которые выпускались различными компаниями ещё с 30-х годов.

Основные изменения коснулись не только акустической части – в электрофоны были введены электронный усилитель и динамическая головка – но и самой системы считывания звуковой дорожки грампластинки. В граммофоне, а затем и в граммофоне использовалась стальная игла с коническим остриём. Она колебалась, повторяя форму звуковой дорожки грампластинки и была механически связана со звуковоспроизводящей мембраной. Пластинка вращалась со скоростью 78 оборотов в минуту (в патефоне скорость поддерживалась инерционным регулятором), на стандартной «большой» пластинке диаметром 300 мм (были ещё пластинки половинного размера – синглы, которые появились позже) умещалось композиция длительностью до 5 минут. Так вот, стальной иглы хватало для проигрывания пластинки с двух сторон, то есть на 10 минут. Затем игла притуплялась, начинала портить звуковую дорожку, и иглу заменяли. Поэтому вместе с пластинками меломаны первой половины ХХ века покупали коробочку с патефонными иглами.

В электрофонах колебания иглы преобразуются в электрические колебания, которые усиливаются и снова переводятся в механические колебания диффузора динамической головки. В самых первых электрофонах и радиолах (напомним, что радиола – это комбинированное устройство, состоящее из радиоприёмника, проигрывателя грампластинок, с общим электронным усилителем и акустической системой с динамической головкой) применялись громоздкие звукосниматели со стальной иглой, соединённых с сердечником электромагнитного преобразователя. Но потом был изобретён пьезоэлектрический преобразователь на основе кристалла переменного сопротивления. Игла создавала переменное давление в кристалле, изменяя силу тока в считывающем контуре звукоснимателя. Затем эти колебания усиливались электронным ламповым усилителем, соединённым с динамической головкой. Иглу звукоснимателя стали делать несменными и изготовлять из твёрдых материалов – корунда и алмаза. Была изменена и форма иглы, конусное остриё получило сферическую поверхность, что снижало износ пластинки. Срок службы корундовой иглы составлял уже 150 часов, а алмазной – до 1500.

И снова возникла проблема – новые электрофоны нуждались в более качественных звукозаписях, чего шеллачная пластинка не могла обеспечить. Для производства грампластинок нового типа был использован поливинилхлорид – полимерный материал, который мы сейчас называем «винилом», гораздо более дешёвый в производстве, более пластичный и прочный. Шеллачные пластинки отличались большим весом и хрупкостью. Но главное, они были крайне недолговечны, не выдерживали нагрева, трескались на холоде. Применение «винила» привело к самому настоящему технологическому скачку в грамзаписи. Появилась возможность снизить скорость вращения пластинки, добившись тем самым увеличения длительности звучания (сейчас бы мы сказали «информационной ёмкости»). Виниловые пластинки получили две скорости вращения – 45 и 33 оборота в минуту. Звучание «большой» пластинки увеличилось до 22 минут на каждой стороне. К концу пятидесятых годов производство шеллачных грампластинок было свёрнуто. Сошёл со сцены и патефон, прослужив верой и правдой более полувека.

В конце 50-х годов ХХ века технология грамзаписи взяла свою последнюю вершину – стереофоническое звучание. Стереозвук – это два независимых акустических канала, левый и правый, которые при воспроизведении дают эффект объёмного звучания. При записи звука используются два микрофона и комбинированный резак, имеющий две режущие поверхности. Левая режущая часть резака, повторяющая звуковые колебания левого микрофона нарезает волнообразную левую поверхность общей звуковой дорожки, правая часть – правую поверхность звуковой дорожки. Затем готовая запись тиражируется с использованием мастер-диска и пресса. При воспроизведении стереофонической грамзаписи используется комбинированная игла, воспринимающая колебания звуковой дорожки грампластинки с двух сторон…

Век грамзаписи закончился в 1979 году, хотя никто этого ещё не знал. Именно тогда были разработаны и общие принципы, и технология цифровой звукозаписи на оптические носители – компакт-диски. При цифровой записи полностью устранялись все врождённые недостатки грампластинки – зависимость качества звука от износа звуковой дорожки, чувствительность к пыли, быстрый и непоправимый механический износ, хрупкость, большие размеры и так далее. Понадобилось всего десять лет, чтобы «виниловая» пластинка прекратила существование. В наши дни грампластинки и электронные проигрыватели для них выпускаются в ограниченных количествах – для коллекционеров, ценителей традиционных технологий, меломанов со специфическими требованиями к качеству звучания и ди-джеев дискотек. Но возвращения механической грамзаписи ждать не стоит. Это давно ушедшая и даже уже забытая технология.

Глава 20

Радиовещание

У истоков радиовещания мы обнаружим множество великих имён, но, прежде прочих, имя Гульельмо Маркони, Карла Брауна и Ли де Фореста. Гульельмо Маркони (вспомним годы его жизни – 1874—1937), как мы уже говорили, изобретатель радио. Немецкий физик Карл Фердинанд Браун (годы жизни 1850—1918) создатель кристаллического детектора. Ли де Форест (годы жизни 1873—1961) в 1906 году изобрёл триод, который применялся в качестве лампового детектора и усилителя. В 1909 году Маркони и Браун за изобретение радио получили Нобелевскую премию. Уже тогда, на самом раннем этапе развития радиосвязи, любителям техники стали доступны примитивные, но вполне работоспособные радиоприёмники на основе кристаллического детектора Брауна – прибора, преобразующего колебания радиоволн в колебания звуковой частоты. Простота схемы приёмника и основного его узла – детектора (кристалл можно было «выращивать» в домашних условиях) обеспечили быстрое распространение любительского радиоприёма по всему миру. Огромное количество людей вслушивались в эфир, стараясь уловить морзянку с какого-нибудь корабля или отдалённой радиостанции. В популярных газетах и журналах открывались радиолюбительские рубрики, появлялись популярные статьи о новейших достижениях (как сегодня в массовых изданиях часто пишут о компьютерах, Интернете и сотовой связи). Всё это подогревало интерес широкой публики, а следом и электротехнических компаний, почувствовавших, что радио может принести огромные прибыли.

Но морзянка – это морзянка. Для обеспечения устойчивой радиосвязи она подходила лучше всего. Но гораздо удобней слышать в радиоэфире человеческий голос… Первые опыты радиотелефонии были проведены Александром Степановичем Поповым, русским изобретателем радио, и его учеником молодым московским физиком С. Я. Лифшицем в 1903 году. А в 1904 году на Всероссийском электротехническом съезде они продемонстрировали передачу речи на расстояние в 2 километра. Однако искровой передатчик плохо подходил для голосовой связи – речь была едва различима. Первый работоспособный радиотелефонный радиопередатчик был создан немецким конструктором Александром Мейсснером в 1913 году.

Параллельно с технологией передачи радиосигналов развивалась и технология радиоприёма. Детекторный приёмник был прост и доступен, но не обеспечивал достаточного усиления и избирательности – вместо устойчивого радиоприёма радиолюбитель чаще слышал эфирные шумы и помехи. Ситуация изменилась с изобретением в 1912—1913 годах регенеративной схемы радиоприёмника (с обратной связью). У этого изобретения множество авторов, работавших независимо друг от друга. Мы расскажем об одно – об американском учёном и изобретателе Эдвине Хауарде Армстронге (годы жизни 1890—1954).

Роль этого человека в истории развития радио огромна. По количеству и значимости его изобретений Армстронга можно сравнить, разве что, с Томасом Эдисоном. Экспериментируя с аудионом (вакуумным триодом) Ли де Фореста, Армстронг первым понял, что эту лампу можно использовать для усиления радиосигнала в 1000 раз, если заставить её работать по регенеративной схеме. При этом он обнаружил, что в режиме обратной связи (регенерации) приёмник сам становится генератором радиоволн. Это было эпохальное открытие, положившее начало радио, а затем и телевещанию.

Заслуги Армстронга были оценены американским Институтом радиоинженеров, который в 1917 году наградил изобретателя медалью «Почёта». Однако, началась 20-летняя судебная тяжба, в результате которой в 1937 году Верховный суд США установил приоритет в данной области за Ли де Форестом. Армстронг тут же попытался вернуть медаль, но Институт радиоинженеров отказался её принять обратно и даже выпустил специальный документ, подтверждающий факт награждения.

К слову, ни Маркони, ни Ли де Форест, не верили в саму идею радиовещания. Маркони говорил, что «краеугольным камнем» его беспроволочного телеграфа должна оставаться азбука Морзе, а Ли де Форест – что коммерческое радиовещание «лишит радио его важнейших жизненных сил и уничтожит все, что есть в нем полезного».

В числе заслуг Армстронга изобретение частотной модуляции (апрель 1935 года) и супергетеродина (1921 год), схемы, по которой построены почти все современные радиоприёмники. Множество усовершенствований и технических деталей, без которых радиовещание (и, повторяем, телевизионное вещание) было бы попросту невозможным. Армстронг выдавал одно изобретение за другим. И все они тут же внедрялись в производство, порой без соблюдения авторских прав изобретателя. После многолетней и безрезультатной тяжбы с корпорацией RCA, возглавлял которую, к слову, друг и многолетний соратник Армстронга (или наоборот – кто был соратником, а кто основным лицом в данном случае совершенно неважно) Дэйв Сарнов, о котором разговор отдельный, в ночь с 31 января на 1 февраля 1954 года выдающийся учёный, чьё имя золотыми буквами уже было вписано в историю мировой науки и техники, Эдвин Хауард Армстронг свёл счёты с жизнью…

Немного отвлечёмся и поговорим о самом радиовещании. В чём его принципиальные отличия от радиосвязи? Радиосвязь – это сеанс передачи информации между двумя сторонами, принимающей и передающей. Диалог, в ходе которого сообщения отправляются в ту или иную сторону. Радиовещание это вещание одного со всеми, радиостанции со всеми радиослушателями планеты, которые способны принять радиосигнал своими приёмниками. Радиовещание – разговор со всеми сразу, пусть и односторонний (хотя в наше время слушатели могут позвонить в студию по телефону и, таким образом, реализовать возможность обратной связи). Мощнее средство развлечения, рекламы и, что немаловажно, пропаганды. До широкого распространения телевидения, радио было основным развлечением и источником информации для миллионов и миллионов людей. Не уменьшилась роль радио и сегодня, поскольку главное преимущество радио – его можно слушать «вполслуха», не отвлекаясь от другой деятельности. Телевизор требует того, чтобы мы всё оставили и сидели у экрана. Радио же люди слушают за работой, в пути, дома. Это информационный, развлекательный, познавательный и информационный фон нашей жизни…

Первая радиовещательная станция появилась 2 ноября 1919 года в американском городе Питсбурге. В 1922 году радиовещательных радиостанций в США было уже 30, а в 1924 году – около 500. До 1935 года все радиостанции вещали исключительно с использованием амплитудной модуляции. Чтобы понять трудности, связанные с этим видом модуляции, достаточно включить радиоприёмник на коротких, средних или длинных волнах. Большая дальность приёма, но плохая разборчивость голоса и множество помех – вот что такое АМ. Частотная модуляция (ЧМ) многократно увеличивает акустическое качество радиопрограммы, но приём-передача возможны только в диапазоне ультракоротких волн, которые распространяются прямолинейно, в зоне прямой видимости. Изобретение Армстронга, в реализацию которого он вложил более миллиона долларов личных средств, перевернула все представления о принципах радиовещания. Ещё в 1924 году авторитетный американский учёный-физик Карсон заявил, что «от радиошумов, как от бедности, никогда не удастся освободиться». И ни у кого это высказывание не вызывало сомнений. Но в 1939 году, спустя 4 года после удачного эксперимента – передачи модулированного ЧМ радиосигнала с антенны, установленной на шпиле Нью-йоркского небоскрёба «Эмпайр Стейт билдинг», в США работали уже 5 радиостанций, использовавших частотную модуляцию. Радиовещание приобрело современные черты…

История радиовещания – это ещё и история старых ламповых радиоприёмников. Многие ли из нас, живущих в третьем тысячелетии, представляют себе, как здорово звучали старые немецкие радиоприёмники и их послевоенные аналоги, выпускаемые в СССР? Разве что коллекционеры и фанаты этой удивительной техники… И здесь самое время рассказать одну любопытную историю.

В начале 30-х годов вице-канцлер фашистской Германии и министр пропаганды Йозеф Геббельс пригласил специалистов в области радиовещания и поставил перед ними задачу создать такой радиоприёмник, который бы «гипнотизировал» слушателя, удерживал его возле приёмника, воздействовал так, чтобы радиопередачу хотелось слушать бесконечно. Цель понятна – пропаганда идей фашизма через трансляцию речей Гитлера (который, к слову, был способным оратором). За реализацию этой задачи взялась компания «Телефункен». И она добилась весьма впечатляющих результатов.

Эти радиоприёмники (множество моделей) работали в амплитудной модуляции в диапазонах средних, длинных и коротких волн, которые, в свою очередь, были разделены (для точной настройки на станцию) на несколько растянутых поддиапазонов. Сама технология «мягкого звука» была реализована в нескольких устройствах. Динамическая головка для более мягкого хода диффузора была оснащена схемой подмагничивания, резонатором был деревянный корпус приёмника. В усилителе звуковой частоты нижняя часть спектра звуковых частот усиливалась, обеспечивая сочный бас, средняя часть спектра была «провалена» на 13 децибел, а верхняя часть спектра, выше 6800 Гц, срезалась специальным фильтром. В те годы высокочастотной составляющей звука в радиопередачах не было. И этот фильтр полностью устранял шумы и свисты, неизбежные при амплитудной модуляции.

Специалистами «Телефункен» была проделана огромная исследовательская работа в области психоакустики. Учёные ставили эксперименты, анализировали результаты, стараясь понять, как человеческий слух воспринимает ту или иную спектральную окраску звука. Результаты оказались весьма убедительными – неугасающая до сих пор слава немецких радиоприёмников говорит сама за себя. Те немногочисленные образцы, которые до сих пор (вот уже около 70 лет!) работают в домах коллекционеров, звучат по-прежнему великолепно, несмотря на, казалось бы, совершенно непростительное отсутствие «верхов».

Вывезенные после войны в СССР технологии позволили наладить производство высококачественных радиоприёмников и у нас. Звучание советских приёмников было очень похоже на звучание тех легендарных «Телефункенов». Поэтому отечественные радиоприёмники 50-х годов прошлого века тоже стали объектами коллекционирования. Сегодня они ценятся знатоками не меньше их немецких прародителей.

Глава 21

Радиосвязь – профессионалы и любители

Самих изобретателей радио Попова и Маркони можно в определённой степени считать первыми радиолюбителями-экспериментаторами. Но очень скоро радио стало использоваться в профессиональных областях и, прежде всего, на флоте. Вот одна примечательная история, связанная с именем Дэйва Сарнова, сделавшего очень много для развития радиовещания и телевидения. Это история первой в мире радиограммы SOS – просьбы о помощи с борта терпящего бедствие корабля…