Что было до терменвокса?

Дата публикации: 24-11-2014

Мы привыкли считать, что внедрение электричества в музыку началось с терменвокса. Но это не так. До терменвокса история электромузыкальных инструментов насчитывает даже больше времени, чем от него до наших дней.

Давайте познакомимся с тем, что было раньше, а заодно восстановим в памяти и сам терменвокс.

Первые опыты

В середине прошлого века знаменитый немецкий ученый Гельмгольц исследовал слух человека. В своих экспериментах он использовал камертоны. Камертон, который обычно служит для настройки фортепиано и некоторых других инструментов, наверняка вам хорошо знаком: это два параллельных стальных брусочка, с одной стороны имеющих общее основание с ручкой. Если, держа камертон за ручку, ударить по нему чем-нибудь твердым, брусочки начнут колебаться и звучать. Звук будет гаснуть и через некоторое время прекратится совсем. Это не устраивало Гельмгольца: для экспериментов ему нужно было продолжительное звучание. И тогда он приспособил к камертону очень простое и вместе с тем остроумное электрическое устройство. Рассмотрим его работу в замедленном темпе — разложим на фазы одно колебание.

Вот по брусочку камертона ударили стальной палочкой. Брусочек отклонился в сторону. Если бы не было электрического приспособления, брусочек затем под действием собственной упругости свободно отклонился бы в другую сторону, но уже на меньшее расстояние, и амплитуда колебаний стала бы уменьшаться. Но здесь во время первого же отклонения брусочек замкнул контакт и включил маленький электромагнит, расположенный с другой стороны. Теперь обратному ходу брусочка помогает притяжение магнита. И хотя контакт разомкнулся уже в самом начале обратного хода, дополнительного импульса электромагнита хватило для того, чтобы амплитуда колебаний не уменьшалась. При следующем ходе брусочка контакт замыкается снова, и цикл повторяется.

Понятно, что десятка два-три таких камертонов, издающих звуки разной высоты, уже могли составить простейший электромузыкальный инструмент. Но Гельмгольц строил лишь прибор для своих экспериментов, не больше. Его идею подхватили музыкальные мастера — теперь уже трудно сказать, кто первый. Они рассудили так: если электромагнит помогает камертону, то почему бы ему не помочь и струне?

Этот замысел был высказан в 1852 году и тогда же начал воплощаться. Однако до удачного и работоспособного инструмента прошло довольно много времени — около двух десятилетий. Принцип работы первого электропианино вы видите на рисунке. Струна, начиная колебаться после удара молоточка, замыкает контакт, а дальше все происходит как в камертоне Гельмгольца. Каждый звук электропианино длится до тех пор, пока нажата клавиша.

Слушатели восторженно отзывались об этом инструменте и на первых порах старались не замечать серьезный недостаток: струны, касаясь контактов, дребезжали, и к их чистому звучанию примешивались посторонние призвуки. Избавиться от недостатка не удавалось, и первое электропианино вскоре было забыто.

В этих опытах электричество лишь помогало звучать камертонам и струнам. А в следующей попытке, которую сделали изобретатели У. Бурстин и У. Дуддель в самом конце прошлого века, электричество обрело и свой собственный музыкальный голос.

Вспомните: разряд электрофорной машины, демонстрируемой на уроке физике, вы не только видели, но и слышали. Но одиночный разряд — еще не музыка. Бурстин и Дуддель разработали устройство, которое генерировало разряды часто-часто один за другим. При этом каждый разряд из-за его неуловимой краткости не воспринимался ухом как отдельный звук, а в силу вступала частота разрядов. Например, если происходило 440 разрядов в секунду, получался звук «ля» первой октавы.

Схема первого электропианино. 1 — клавиша; 2 — молоточек; 3 — струна; 4 — контакт струны; 5 — электромагнит; 6 — батарея; 7 — подклавишный контакт.

К инструменту была приспособлена фортепианная клавиатура. Каждая клавиша, замыкая при нажатии контакт, варьировала параметры электрической цепи устройства, отчего изменялась частота разрядов, а следовательно, и высота тона.

Инструмент этот, названный поющей дугой, в музыкальную практику не вошел: тембр его был слишком резок, настройка неустойчивой, громкость звука не поддавалась регулированию. Но в истории музыкальных инструментов он стал заметной вехой, и вот почему.

В мире существует огромное множество самых разных музыкальных инструментов, однако все они сводятся к считанным группам, если классифицировать их по физическому принципу образования звука. Колеблется или струна, или столб воздуха, или мембрана, или какое-нибудь твердое тело. Все эти принципы человек обнаружил и использовал еще в доисторические времена. И вот поющая дуга показала, что электричество тоже способно рождать музыкальные звуки. Сама она не выжила, но положила начало целому классу электромузыкальных инструментов.

Телармониум

Случалось ли вам когда-нибудь нечаянно воткнуть вилку трансляционного динамика в розетку электросети? Если да, то вы знаете, что при этом раздается громкий низкий звук угрожающего характера: он как бы предупреждает, что допущена оплошность. Конечно, вы тут же выдернули вилку, и только благодаря этому ваш динамик не перегорел: на такие напряжения он не рассчитан. Так что, если не доводилось вам совершать подобную ошибку, и не надо делать ее специально, вы можете лишиться динамика.

В сети течет переменный ток, который пятьдесят раз в секунду меняет свое направление. Следовательно, это тоже колебания, причем равномерной и постоянной частоты. Пока электричество раскаляет нити лампочек, кипятит чай или разогревает утюг, мы его не слышим. Но когда случайно трансляционный динамик оказался подключенным к электросети, тут же электрические колебания преобразовались в механические: начал колебаться диффузор динамика. Мы услышали звук с частотой 50 герц — это приблизительно соль контроктавы.

От соображения, что обычное сетевое электричество может рождать музыкальные звуки, оттолкнулся американец Кахилл, начиная строить в начале нашего века в Чикаго свой электроинструмент.

Это была удивительная машина.

Прежде всего — очень громоздкая и тяжелая. Ведь для каждого звука нужен был собственный генератор тока. Причем ротор каждого из них рассчитывался так, чтобы получались колебания, строго соответствующие частотам музыкальных звуков. Нужны были и электродвигатели — надо же вращать генераторы. И если инструмент предусматривал несколько десятков звуков разной высоты, то и нужно было столько же генераторов. Поэтому музыкальный агрегат Кахилла весил двести тонн! Пришлось установить его в подвале большого здания на массивных бетонных фундаментах. Работая, электромузыкальная машина невероятно шумела, и музыкант, чтобы не оглохнуть, разместился в другом помещении, где у него была клавиатура.

Однако вес и шум — не главные курьезы инструмента Кахилла. В то время не было ни радиоламп, ни вообще электроники. Не было и динамиков. Как же преобразовать колебания, вырабатываемые генераторами, в звуки и донести их до слушателей? На помощь пришел телефон, который тогда уже был. Электрические колебания поступали на клавиатуру, а от нее прямо в телефонную сеть. Любой абонент Чикаго, сняв трубку своего телефона и попросив телефонистку соединить его с инструментом, мог услышать музыку. И сам музыкант слышал свою игру только по телефону, трубка которого была ради этого оформлена в виде наушников.

Конечно, инструмент Кахилла был беден возможностями. Звуковые нюансы на нем не получались, а тембр был скучноватым и невыразительным. Кроме того, помехи в телефонной сети ухудшали и без того не слишком хорошее звучание. Но в ту пору изобретение Кахилла воспринималось как чудо. Наверно, вы уже перевели на русский язык название инструмента — телармониум. Сделать это легко: если «телевидение» означает «видение на расстоянии», то «телармониум» — «музыка на расстоянии». Вспомним еще раз, что никакого телевидения и даже домашнего радио в те времена не было, и тогда не покажется вам чрезмерным восхищение чикагских жителей, получивших возможность слушать музыку по телефону.

Да и сейчас не стоит недооценивать изобретение Кахилла: все-таки это был первый работоспособный инструмент. А принцип получения колебаний не потерял своего значения до сих пор, он используется в некоторых вполне современных электроорганах.

Орган Хаммонда

Здесь нам придется забежать вперед на три десятка лет после изобретения телармониума. Для этого у нас есть и формальный повод, потому что орган Хаммонда тоже появился в Чикаго, и логический, так как в основе своей новый инструмент был прямым потомком телармониума.

В распоряжении Хаммонда уже были ламповые усилители, а это многое меняло. Достаточно было получить очень слабые токи, которые потом можно было усилить, так что отпала необходимость в мощных генераторах. Существовали уже и динамики, поэтому проблемы преобразования электрических колебаний в механические тоже не было. Видимо, помогло Хаммонду и его ремесло часового мастера: основой инструмента стали небольшие зубчатые колеса, которые выполняли здесь ту же функцию, что и генераторы в телармониуме, однако разница в размерах была огромной. Сбоку каждого такого колеса была размещена катушка с магнитным сердечником. Когда зубец колеса проходил мимо сердечника, в катушке возбуждался слабый электрический ток — в полном соответствии с законами физики. И если колесо имело, скажем, шестнадцать зубцов и вращалось со скоростью пять оборотов в секунду, то восемьдесят раз в секунду в катушке возбуждался электрический импульс и получались колебания в восемьдесят герц. Понятно, что можно было, как угодно варьируя число зубцов на колесах инструмента и число оборотов колес, получать колебания с любой частотой, а значит, и звуки любой высоты. Инструмент, законченный в начале 30-х годов, получился настолько удачным, что его модифицированные варианты производятся до сих пор. И сейчас можно купить пластинку с записью разных произведений, исполненных на органе Хаммонда.

Очертаниями этот инструмент похож на кафедру обычного органа. Но нужно помнить, что обычный орган, кроме кафедры, имеет грандиозное сооружение из тысяч труб, а орган Хаммонда весь умещается в той кафедре, за которой сидит музыкант, и только динамики могут быть вынесены за ее пределы.

Генератор электрических колебаний органа Хаммонда. 1 — зубчатое колесо; 2 — магнит; 3 — обмотка.

И все же электроорган, несмотря на свою сравнительную простоту и дешевизну, не смог вытеснить обычный орган. У каждого из этих инструментов своя роль в музыке, их дороги не перекрещиваются.

Терменвокс

А теперь вспомним, что мы забежали вперед, и вернемся на десяток лет назад. В 1921 году появился первый инструмент (если не считать нескольких малоудачных опытов), в котором не было никаких вращающихся деталей, так как колеба ния рождались электроникой. Изобрел терменвокс советский инженер Лев Сергеевич Термен. Его фамилия вошла в название инструмента, но не сам он был инициатором такого названия, а один из журналистов — тогда много писали о необычном устройстве инструмента, о его характерном звучании, о впечатлении, которое терменвокс производил на слушателей.

Терменвокс, что означает «голос Термена», действительно был совершенно необычным.

Во-первых, он очень прост по устройству. Даже в те времена, когда не существовало не то что полупроводниковых диодов и транзисторов, а даже миниатюрных пальчиковых радиоламп, а были большие электронные лампы размером не меньше осветительных, весь инструмент умещался в небольшом корпусе, стоящем на ножках.

Во-вторых, он, отвечая своему названию, на самом деле обладал поющим голосом — как угодно гибким, к тому же и вибрирующим, как человеческий голос.

И в-третьих,— что было для слушателей удивительнее всего — музыкант во время исполнения вовсе не прикасался к инструменту. Не было ни клавиш, ни вентилей, ни клапанов — словом, ничего такого, что могло бы напомнить хоть какие-то привычные инструменты. Это было похоже на иллюзионный аттракцион, тем более что и подобие волшебной палочки присутствовало: из ящика торчал вверх металлический стержень, а музыкант выделывал рукой рядом с ним магические пассы.

Если вы и не слишком близко знакомы с электроникой, то в любом случае знаете ее основы по школьной физике. Поэтому инструмент Термена не покажется вам чудом. В его основе лежит колебательный контур, который в простейшем виде состоит из конденсатора и катушки, соединенных между собой проводниками. Если на такое элементарное устройство подать напряжение, в контуре возникнут колебания. Затем их можно усилить с помощью электронных ламп. В зависимости от индуктивности катушки, емкости конденсатора и общего сопротивления всей цепи частота колебаний получается разная. Для изменения частоты достаточно варьировать параметры только одного элемента — скажем, менять емкость конденсатора. Вот и все, что нужно знать, чтобы понять устройство терменвокса.

Термен установил в своем инструменте два генератора колебаний. Оба вырабатывали колебания высокой частоты, лежащей за пределами слышимости. С генераторов колебания поступали в детектор, который, сравнивая обе частоты, выделял разницу. А разница уже была в границах слышимости. Она усиливалась и подавалась на динамики.

Такова принципиальная схема. Теперь посмотрим, как изменялась высота звука.

В исходном состоянии оба генератора дают сто тысяч герц. Никакой разницы нет, детектор ничего не выделяет, инструмент молчит. Если у одного из генераторов увеличить число колебаний, допустим, до ста двух тысяч, то появится разница — две тысячи. Детектор выделит ее, и мы услышим звук.

Блок-схема терменвокса. 1 — управляемый генератор высокой частоты; 2 — неуправляемый генератор высокой частоты; 3 — детектор; 4 — генератор управления громкостью; 5 — предварительный усилитель; 6 — усилитель мощности; 7 — динамик.

Чем больше разница, тем выше звук, и наоборот. Значит, во время игры все сводится к изменению числа колебаний одного из высокочастотных генераторов. Мы помним, что для этого можно изменять параметры любого из элементов колебательного контура. В данном случае был выбран именно конденсатор.

А сейчас самое главное. Любой конденсатор состоит из двух обкладок. От формы, размеров обкладок и расстояния между ними зависит емкость конденсатора. Если как-то влиять хотя бы на одну из обкладок, емкость будет изменяться. И Термен приходит к остроумнейшему решению: тот самый стержень, что торчит из корпуса инструмента, является как бы продолжением обкладки. Остальное само собой разумеется: приближая руку к стержню или удаляя от него, музыкант плавно меняет емкость этого своеобразного конденсатора и таким образом управляет генератором колебаний. Вибрируя при этом ладонью, он заставляет вибрировать и голос инструмента.

Но надо было как-то регулировать и громкость звучания. Термен решил эту задачу тоже весьма оригинально. Между детектором и выходным усилителем размещался предварительный усилитель, устроенный так, что им можно было управлять так же, как и высотой звука, то есть расстоянием между рукой и металлической деталью, вделанной в инструмент сбоку. Правой рукой музыкант воспроизводил мелодию, а левой управлял громкостью.

По тем временам терменвокс стал известен довольно широко. Заинтересовались им и западные фирмы, изготовившие около трех тысяч экземпляров. Простота конструкции позволяла даже любителям собирать терменвоксы, и в домах появились самодельные инструменты в весьма разнообразном оформлении.

Все это вовсе не означает, что терменвокс был лишен недостатков. Ему были доступны только протяжные певучие мелодии, а все попытки сыграть быстрые произведения кончались неудачей: переходы между звуками получались смазанными, а сами звуки не всегда верными по высоте. Играть на терменвоксе было трудно. Манипуляции кистью осложнялись тем, что вслед за ней двигалась вся рука, да и тело свое музыкант не мог же держать в абсолютной окаменелости. Малейшая неточность, неверное движение — и высота звука уже не та, что ожидалась.

Это привело к тому, что интерес к терменвоксу стал постепенно спадать. Многие любители, самостоятельно сделавшие инструмент, так и не научились играть на нем.

Сейчас терменвокс используется редко, но значение его тем не менее очень велико: электронный генератор частоты стал родоначальником других, более совершенных инструментов, о которых мы расскажем в одном из ближайших номеров.

С. ГАЗАРЯН

Рисунки A. HA3APEHKO

Случайное

Рационализация лифт для урожая

Компьютер-обувщик

Рекорды, рекорды, рекорды…

Комбинированная запись

Машина на все ноги

Станок, который нужен всем…

«Солнцемобиль»

Догони снежную королеву!

Лазер над тайгой

Перо для компьютера

По ту сторону фокуса

Мороз на конвейере

Художественная ковка

Коньки на все времена года

Настройка с измерением

Новое Случайное Нас нашли

©2009-2014  Адрес в интернете: http://unteh.ru