Меняющийся по силе ток поступает в телефонную трубку. Магнит колеблет упругую стальную мембрану, и в трубке вновь рождаются произнесённые перед микрофоном звуки.
Таким образом, современный телефонный аппарат сочетает в себе микрофон, превращающий звуковые колебания в электрические, и электромагнитную телефонную трубку, в которой совершается обратный процесс — превращение колебаний электрического тока в звуковые.
Успешный опыт использования электрического тока для передачи звука на большие расстояния заставил исследователей поработать и над тем, чтобы применить электричество для записи звуковых колебаний.
3. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО ПОМОГАЕТ ЗАПИСЫВАТЬ ЗВУКИ
Если поместить железный стержень в катушку с намотанной на ней изолированной проволокой и пропустить через проволоку электрический ток, то железный стержень приобретает свойство притягивать стальные и железные изделия. Он становится, как говорят, электромагнитом. Его свойства ничем не отличаются от свойств естественного магнита. Он может намагничивать стальные изделия. Будучи подвешен на нитке, электромагнит, как и магнитная стрелка, приобретает строго определённое положение: одним концом он показывает на север, а другим на юг. Однако достаточно прекратить подачу электрического тока в обмотку электромагнита, и железный сердечник быстро потеряет свои магнитные свойства.
Рис. 21. Схема простейшего аппарата, предназначенного для электромагнитной записи звука на стальную проволоку.
В отличие от железа, сталь, будучи намагничена, сохраняет свои магнитные свойства долго. Этим качеством стали и воспользовались для звукозаписи. Уже в течение нескольких десятилетий существуют простые и вместе с тем оригинально устроенные аппараты, позволяющие записывать звук на длинную стальную ленту или проволоку.
Вот как устроен и действует один из таких аппаратов (рис. 21).
Намотанная на катушке стальная лента или проволока с помощью часового механизма или электрического моторчика перематывается на другую катушку. В непосредственной близости от движущейся ленты находится электромагнит; обмотка его включена в электрическую цепь, состоящую из батареи постоянного тока и микрофона.
Если перед микрофоном произносятся звуки, электрический ток в цепи будет всё время изменяться. В результате этого железный стержень, в такт с изменениями тока, будет намагничиваться сильнее или слабее. Непрерывно двигаясь возле электромагнита, стальная лента также станет намагничиваться. При этом намагничивание не будет постоянным. Отдельные участки ленты будут намагничены в большей степени, так как они двигались возле электромагнита в момент, когда по его обмотке проходил сильный ток; другие участки ленты будут намагничены в меньшей степени — они проходили около электромагнита, когда по его обмотке шёл слабый ток.
Если теперь заменить микрофон телефонной трубкой и, перемотав ленту в прежнее положение, снова заставить её двигаться перед электромагнитом, будет происходить обратное явление. Под действием различно намагниченных участков движущейся ленты железный стержень сам будет намагничиваться то сильно, то слабо. В его обмотке возникнет непрерывно изменяющийся электрический ток. Этот ток приведёт в колебательное движение мембрану телефонной трубки. Так воспроизводятся звуки, записанные на стальной ленте.
Вот такую звуковую запись — на стальной проволоке — и попытались использовать для озвучивания кинофильмов. Чтобы звук совпадал с происходящим на экране, было предложено вделывать проволоку с записанным на ней звуком в край киноленты. Нетрудно понять, что такое «озвучание» кинофильмов было делом трудным и технически мало осуществимым. Поэтому описанный способ не получил в кинематографии сколько-нибудь значительного распространения.
Следующим этапом в развитии звукозаписи явились попытки записывать звук… светом. Делается это так. В электрическую цепь, состоящую из источника тока и микрофона, включается электрическая дуга. Если теперь перед микрофоном произносить звуки, то, как всегда, ток в цепи начнёт непрерывно меняться, пульсировать. Благодаря этому будет меняться и яркость свечения электрической дуги. С помощью линзы свет дуги собирается в узкий луч и направляется на светочувствительный слой движущейся киноленты. После проявления ленты нетрудно убедиться, что полоска, вычерченная лучом света, не будет иметь всюду одинаковую плотность. На ней будут чередоваться светлые и тёмные участки, соответствующие изменениям в яркости свечения дуги, которые в свою очередь вызваны колебаниями мембраны микрофона.
Таким образом, и в этом случае электричество помогло нам записать звук на плёнку.
Как же вновь воспроизвести записанный таким путём звук? Как превратить чёрные и светлые полосы на плёнке в звуковые колебания?
Уже давно учёные установили интересное свойство одного химического элемента — селена. Под действием света кристаллический селен меняет своё электрическое сопротивление: чем сильнее он освещается, тем меньшим становится его сопротивление. Это свойство селена и даёт возможность воспроизводить звуки, записанные на киноленте в виде светлых и чёрных полосок.
В самом деле, включим пластинку селена в цепь, состоящую из электрической батареи и телефонной трубки, и направим на эту пластинку узкий пучок света. Если теперь на пути светового пучка поместить движущуюся плёнку с записанными на ней звуками, то на селен будет падать то большее, то меньшее количество света — в зависимости от того, прозрачный или тёмный участок плёнки будет преграждать путь светового пучка. В соответствии с этим электрическое сопротивление селена будет непрерывно изменяться, ток в цепи начнёт пульсировать; а это приведёт в колебательное движение мембрану телефона: наше ухо ясно услышит звуки, записанные на плёнку!
С тех пор как впервые был проделан описанный опыт, прошло полстолетия. После этого было предложено много и других аппаратов для записи и воспроизведения звука с помощью электричества. Однако все эти аппараты, изготовленные в течение первых двух десятилетий нашего века, не давали ни хорошей записи, ни хорошего воспроизведения звука. Причина была в том, что ни микрофон, ни электрическая дуга не отличали звуки, близкие по силе и высоте. Поэтому при звукозаписи на светочувствительной плёнке получались искажения. Эти искажения усиливались ещё больше в процессе фотографической обработки плёнки.
Искажался звук и при его воспроизведении с киноплёнки Телефонная трубка была далеко не совершенным прибором. Изменения тока в ней, вызванные переменным освещением селеновой пластинки, были совсем незначительными. Звуки были слабыми, неотчётливыми. Да и сама селеновая пластинка не годилась для хорошего воспроизведения звука. Дело в том, что если селеновое сопротивление подвергается воздействию светового пучка, сила которого изменяется очень быстро, скажем, тысячу раз в секунду, то селен просто не успевает «отвечать» на такие быстрые изменения света. А это влечёт за собой грубые искажения звука.
Поэтому понадобилось ещё почти два десятилетия напряжённой работы в различных областях науки и техники для того, чтобы найти, наконец, высококачественный способ записи и воспроизведения звука в кинематографе.
В конце прошлого века выдающийся русский учёный А. С. Попов впервые осуществил передачу электрических сигналов на далёкие расстояния без проводов. Это замечательное открытие вызвало к жизни новую отрасль техники — радиотехнику.
Радиотехника и решила судьбу звукового кино.
Появились совершенно новые аппараты для усиления электрических колебаний, а также для превращения звуковых колебаний в электрические и обратно. Это были усилители, состоящие из радиоламп и трансформаторов, усовершенствованные микрофоны и громкоговорители, позволяющие усиливать звуки во много раз.