История аудиоискусства это сплав творческих и технических достижений, причем технические пока явно преобладают, поскольку само появление этого искусства и все его дальнейшее развитие тесно связанно с достижениями в области техники средств доставки сигнала, звукозаписи и обработки звука. Мы попробуем рассмотреть все происходившие в этой сфере процессы параллельно, чтобы таким образом по возможности обнажить их взаимосвязь.
Издревле люди пытались как-то зафиксировать звук, с целью удовлетворение потребностей человека в коммуникации, т. е. необходимой ему социально значимой информации. В попытках такой фиксации было изобретено письмо и нотная грамота.
Уже в доисторические времена человек сам выступал как средство коммуникации: различные сведения распространяли среди сородичей шаманы, предсказатели, оракулы, а средством ее консервации являлась наскальная живопись, пергамент, глиняные дощечки. Впоследствии коммуникационные формы языка реализовывалась в летописях, хрониках, анналах, жизнеописаниях, историях, путешествиях, в многообразных эпистолярных формах - от личного письма до официальных посланий, от поучений и наказов до булл, рескриптов, прокламаций. Таким образом, возникла журналистика и средства массовой информации.
Большинство исследователей едины во мнении, что появление прессы следует отнести к V в. до н. э., когда в Риме при Юлии Цезаре (в 60 году до н. э.) начали выходить первые газеты, которые по своей форме уже напоминали современные. Наиболее известной является ежедневный бюллетень "Acta diurna" ("События дня").
В средневековой Азии так же существовал целый ряд изданий близких к современной газете - например, в Китае в VIII веке нашей эры выходили "Дибао" - "Придворная газета" и "Кибелчжи" - " Газета хроники". В Японии на глиняных досках выпускалась "каварабан" - "Читать и передавать"
В средневековой Европе широкое хождение имели так называемые "летучие листки" (среди них - реляции, ревю, куранты и др.), носившие ярко выраженный информационно-прикладной характер.
Изобретение в 1440 г. И. Гуттенбергом книгопечатания дало толчок развитию печатной прессы. Ее родиной как социального института можно считать территорию Западной Европы. Первой газетой в собственном смысле этого слова принято считать бельгийскую "Niewe Tydingen" ("Все новости"), которая стала выходить в Антверпене приблизительно с 1605 года в типографии Авраама Вергевена.
С 11 марта 1702 года в Англии, в Лондоне, стала издаваться первая ежедневная газета "Daily Courant" ("Ежедневный вестник").
Однако письменность и нотная грамота передавали не сам звук, а лишь его графическое изображение. Да и с передачей его на расстояние были определенные сложности. Кроме того, хоть в процессе распространения цивилизации человечество и пришло к некоему стандарту, однако я не думаю, что кто-либо из вас может прочесть письмо написанное по-китайски. Да и нотное письмо, которым мы сейчас пользуемся пригодно только для записи музыки, корни которой полностью лежат в классической европейской музыке. Им сложно записать, например, китайскую, индийскую или африканскую музыку. Однако, как бы то ни было, благодаря этим изысканиям мы имеем сегодня письменность, нотную грамоту, литературу и почту.
Человечество упорно искало средства фиксации и прямой передачи звука, а не его графического отражения. В Древнем Египте в храмах жрецы строили уникальные каменные органы "проигрывавшие" при ветреной погоде целые мелодии и "говорившие" от имени богов.
Совершенно уникальными являются так называемые "двойные" сосуды Викуса. Задержимся на этой истории чуть подробнее в силу ее уникальности. В 1962 году на одном из восточных отрогов Сьерра-Викус на севере Перу были найдены захоронения принадлежащие неизвестной цивилизации и насчитывающей по оценкам ученых три тысячи лет. В этих захоронениях были обнаружены необычные сосуды, получившие название "двойных или поющих сосудов Викуса". С открытием их необычных свойств связана забавная история, которую любят рассказывать археологи Латинской Америки. Когда захоронения были открыты, на них как саранча накинулись "черные археологи" и началось их массовое разграбление. Один из таких гробокопателей решив напиться воды, налил ее в сосуд необычной формы найденный им в раскопе. Но когда он захотел напиться из него, раскопанная могила вдруг огласилась жуткими звуками, целыми руладами леденящих кровь звуков. Сосуд пел, даже кричал низким, вибрирующим голосом. Вряд ли стоит объяснять, что произошло дальше. Вся компания кладоискателей кинулась на утек, а "счастливец" совершивший это открытие закончил свою жизнь в сумасшедшем доме. Однако никакой мистики в этом происшествии не было. "Поющие" сосуды Викуса, так напугавшие кладоискателей оказались расписанными красками снаружи и изнутри (отсюда и еще одно их название - "двойные сосуды") и снабженными через целую систему каналец в теле сосуда многоголосыми свистящими приспособлениями, настроенными каждое на определенную ноту. Вода, выливаясь из сосуда, гнала поток воздуха по канальцам и заставляла сосуд "петь" на все голоса, от простых однотонных звуков до сложных мелодий древнего исчезнувшего народа. "Двойной" поющий сосуд был своеобразным воздушно-водяным органом, в котором была "записана" одна определенная мелодия. Этакая своеобразная "грамзапись" трехтысячелетней давности.
Другое своеобразное изобретение принадлежит жителям Древней Эллады, где во втором-четвертом веках до н. э. были в моде театры самодвижущихся фигурок - андроидов. Движения некоторых из них сопровождались механически извлекаемыми звуками, складывающимися в мелодии.
В дальнейшем театр андроидов потерял свою привлекательность, а вот стремление воспроизвести в нужный момент ту или иную мелодию привело к созданию разнообразных механических музыкальных инструментов. Этому в немалой степени способствовало развитие часового дела в эпоху Возрождения, что было связано с открытием свойств маятника. С шестнадцатого века делались первые попытки звукозаписи с помощью механических инструментов - от примитивных музыкальных табакерок и шкатулок, часов-будильников до сложных стационарных напольных часов, полифонов, оркестрионов, башенных курантов и "озвученных" карет. Приблизительно в это же время создается и наиболее известный прибор средневековья, предназначенный для фиксации звука и продержавшийся примерно до середины двадцатого века - шарманка.
Музыкальная шарманка работает следующим образом. Звуки создаются при помощи стальных тонких пластинок различной длины и толщины, размещенных в акустическом ящике в последовательности гармонического звукоряда. Для извлечения из них звука служит специальный барабан с выступающими штифтами, расположение которых по поверхности барабана соответствует задуманной мелодии. При равномерном вращении барабана штифты задевают пластинки в заданной последовательности. Заранее переставляя штифты на другие места, можно менять мелодии.
В музыкальных шкатулках использован другой принцип. Здесь для предварительной записи мелодии используется металлический диск, на который нанесена глубокая спиральная канавка. В определенных местах канавки делаются точечные углубления - ямки, расположение которых соответствует мелодии. При вращении диска, приводимого в движение часовым пружинным механизмом, специальная металлическая игла скользит по канавке и "считывает" последовательность нанесенных точек. Игла скреплена с мембраной, которая при каждом попадании иглы в канавку издает звук. Как видите этот способ, очень напоминает тот, который был впоследствии использован при возникновении механической звукозаписи.
А вот как действовал механический орган. На рулон бумаги наносились прорези в определенных местах, затем этот рулон прокручивался между трубами органа и мехами. Там, где были прорези, в трубы проходил воздух и издавался звук.
Особо широкое распространение механические музыкальные инструменты получили в девятнадцатом - начале двадцатого века. Таким образом, попытки фиксации звука дали свои первые результаты. Что же касается передачи звука на расстояние, то здесь все успехи долгое время сводились лишь к достижениям телеграфа тамтамов. А решение этой проблемы крылось в электрической искре.
Утверждение, что электричество открыли древние греки, справедливо лишь отчасти. Действительно, первые письменные упоминания о способности янтаря (по-гречески "янтарь" - "электрон") электризоваться находятся в трудах греческого философа и математика Фалеса Милетского и относятся к шестому веку до н. э. Но, несомненно, что человек познакомился с природным электричеством с самого зарождения цивилизации (молнии, электрические рыбы и др.). Однако многие века гигантская электрическая искра, каковой является молния, была лишь загадочным и страшным явлением, считавшимся орудием богов.
Научное изучение этого явления началось лишь в семнадцатом веке. Развитие электрических машин трения привело к возникновению так называемых "электрофорных" машин, сыгравших значительную роль в изучении законов электростатики и занявших достойное место в научных и учебных кабинетах девятнадцатого-двадцатого веков. Однако более надежным, а главное, управляемым прибором для изучения искр высокого напряжения стала индукционная катушка, изобретенная в 1850 году французским физиком Румкорфом.
Катушка Румкорфа стала впоследствии основой тех первых генераторов высокочастотных колебаний, которые использовали в качестве передатчиков Г. Герц и пионеры радиотехники конца девятнадцатого - начала двадцатого веков. В настоящее время катушка Румкорфа является основной частью искровой системы зажигания карбюраторных двигателей внутреннего сгорания.
Что же касается теории, то только в 1708 году англичанин Уолл впервые высказал мысль об электрической природе молнии. Затем в 1745-1746 годах сразу в двух местах: в Данциге Клейстом и в Лейдене Мушенброком - были изобретены так называемые лейденские банки - первые конденсаторы, позволившие получать искры сравнительно большой длины для их изучения.
Первым ученым, доказавшим на опыте, что молния имеет электрическую природу, был американец Бенджамин Франклин. В 1749 году он запустил воздушный змей, у которого в верхней части было прикреплено металлическое остриё, предназначенное для сбора электричества из туч. Когда дождь смочил нить, и она сделалась проводником, Франклин смог, используя атмосферное электричество, зарядить лейденскую банку.
В 1799 году итальянец Алессандро Вольта изобрёл мощный источник электрической энергии - "вольтов столб", позволивший начать изучение постоянного тока и с большей интенсивностью получать электрическую искру.
И вот тут, наконец, наметился некоторый прорыв в опытах по передачи информации на расстояние. Баварский врач Земмеринг использовав явление химического действия тока, создал свой электрохимический телеграф. В 1809 году он демонстрировал аппарат, состоящий из двух частей, соединенных тридцатью пятью проволоками, соответствующими буквам и иным знакам. Электроды батареи, поставленной на одной станции, могли соединяться с любой из них. На приемной станции концы проводов опускались в сосуд, заполненный водой, слегка подкисленной кислотой. Пропускание тока приводило к разложению воды и выделению на проводе пузырьков водорода или кислорода, что свидетельствовало о передаче той или иной буквы. После долгих злоключений Земмерингу удалось в 1812 году передавать сообщения на расстояние свыше 3 км, но его телеграф так и не получил распространения, поскольку был крайне дорогим и громоздким.
А вот вопрос о взаимоотношении электричества и магнетизма еще долгое время оставался неясным, хотя многочисленные факты говорили об их тесной связи. Так, во время гроз перемагничивались стрелки компасов и намагничивались железные предметы. Но только в 1820 году было сделано решающее открытие в этом направлении. Вот одна из версий этого события. 15 февраля 1820 года профессор Копенгагенского университета Ханс Кристиан Эрстед (1777-1851 гг.), читая лекции студентам, демонстрировал тепловое действие тока. Случайно около нагреваемой пропускаемым по ней током проволоки оказался компас, не убранный с предыдущего занятия. Один из студентов обратил внимание, что стрелка компаса поворачивается, когда по проволоке идет ток, и указал на это профессору. Так было открыто магнитное действие тока
Справедливости ради, следует отметить, что Эрстед был не первым, кто заметил это явление. Еще в 1802 году итальянский физик Романьези описал в "мемуаре", что "гальванический ток заставляет отклоняться магнитную стрелку". Однако открытие Романьези не было оценено по достоинству, и Эрстед натолкнулся на это явление совершенно самостоятельно.
21 июля 1820 года вышла в свет работа Эрстеда, в которой описание самого опыта заняло лишь несколько строк, а объяснение было нечетким, а порою и неверным. Но он первым высказал мысль о существовании вихревого магнитного поля вокруг проводника с током. 4 сентября о работах Эрстеда было сообщено на заседании Парижской Академии наук, и уже через три недели появился новый раздел физики - электродинамика, творцом которой стал преподаватель Политехнической школы в Париже и член Парижской Академии наук Андрэ Ампер.
Сын лионского коммерсанта Андрэ Мари Ампер (1775-1836 гг.) с юных лет посвятил себя занятиям математикой, физикой и химией. Его жажда знаний была столь велика, что четырнадцатилетним мальчиком он проштудировал все двадцать томов "энциклопедии" Даламбера и Дидро и в скорости изучил латынь, греческий и итальянский языки для чтения трудов ученых в подлинниках. Сообщение об "электрическом магнетизме" настолько захватило Ампера, что он тут же поставил точнейшие опыты и на очередном заседании Академии 25 сентября доложил разработанные им основные положения электродинамики.
Прежде всего, Ампер установил связь между направлением тока в проводнике и направлением отклонения магнитной стрелки - "правило левой руки". Кроме того, он показал взаимодействие двух прямых параллельных проводников с током. Продолжая работать над этой темой, Ампер к 1826 году вывел количественный закон для силы взаимодействия электрических токов, ставший основным законом всей электродинамики. И это лишь малая часть работ Ампера.
Многие физики высоко оценили работы Ампера, но, пожалуй, наиболее яркую и емкую характеристику его открытиям дал основоположник теории электромагнитного поля Д. Максвелл: "Исследования Ампера: принадлежат к числу самых блестящих работ, которые были проведены когда-либо в науке. Теория и опыт как будто в полной силе и законченности вылились из головы этого "Ньютона электричества". Его сочинение совершенно по форме, недосягаемо по точности выражения".
В те же годы Ампер предложил проект стрелочного телеграфа на основе открытия Эрстеда. Но проект это был совершенно непрактичным, поскольку Ампер, как и до него Земмеринг, предлагал использовать отдельную проволоку и иметь отдельную стрелку для каждой буквы алфавита или иного знака.
Непрактичным был и появившийся чуть позже телеграф Ричи, по сути, повторявший телеграф Ампера и выставленный для обозрения в Эдинбурге. На этом этапе электрический телеграф еще никак не мог конкурировать с входившим в Европе в обиход оптическим телеграфом француза Шаппа, сыгравшем заметную роль в развитии связи в Европе в девятнадцатом веке.
Первым практически заработавшим электрическим телеграфом стал аппарат, изобретенный и построенный русским изобретателем Павлом Львовичем Шиллингом (1786-1837 гг.). Военный инженер, востоковед и дипломат, впоследствии член Петербургской академии наук, П. Л. Шиллинг был в 1810 году прикомандирован к русскому посольству в Мюнхене, где и ознакомился с телеграфом Земмеринга. Пораженный простотой его устройства, Шиллинг стал усиленно заниматься вопросами гальванического тока. Уже в 1812 году он умел так хорошо изолировать проволоку раствором каучука, что взрывал мины через Неву, а в 1814 году, когда русские войска вошли в Париж, - через реку Сену. В 1830 году он построил аппарат, содержащий лишь шесть магнитных стрелок. На приемном аппарате стрелки были подвешены на шелковых нитях над катушками из проволок. На этих же нитях были укреплены картонные кружки белого цвета с одной стороны и черного с другой. При пропускании по обмотке катушки тока соответствующая стрелка поворачивалась в ту или иную сторону, открывая белый или черный кружок. Комбинации кружков соответствовали буквам и иным знакам согласно разработанному Шиллингом специальному коду - прообразу будущего кода Морзе. Для осуществления передачи использовались 16 черных и белых клавиш, соединенных с катушками семью проводами. Восьмой провод использовался для вызывного звонка. Совершенствуя свой аппарат, Шиллинг сумел в дальнейшем уменьшить количество проводов до двух. В 1832 году Шиллинг демонстрировал свой телеграф императору Николаю Первому, который пришел в полный восторг от "электрикомагнетического телеграфа". Вскоре такие аппараты были построены в Зимнем Дворце и у трех самых близких к императору лиц - шефа жандармерии, министра путей сообщения и одной из фрейлин. Дальнейшее развитие стрелочных телеграфов в России прервалось в 1837 году со смертью Шиллинга, начавшего, и не без успеха, строить линию Петербург-Кронштадт.
В Европе так же было построено несколько стрелочных телеграфов - Гаусса и Вебера, Штейнгеля (предложившего однопроводную линию), Уитстона и Кука и ряд других, но изобретение электромагнитного телеграфа в 1837 году сделало использование стрелочных телеграфов бесперспективным.
Однако стрелочный телеграф оставил нам в наследство одно важнейшее изобретение - в пятистрелочном аппарате англичанина Чарльза Уитстона (1802-1875 гг.) для усиления тока было применено одно из важнейших устройств в телеграфии и вообще в телемеханике - электромагнитное реле. Ему же принадлежат двухстрелочный и даже однострелочный телеграфы, устанавливавшиеся вдоль железнодорожных линий Англии и кое-где сохранившиеся до середины двадцатого века. Под руководством Уитстона была проложена в 1851 году первая морская линия телеграфа Дувр - Кале.
В 1827 году русский электротехник Б. С. Якоби (1801-1874 гг.) построил первый пишущий телеграф с использованием указателей, в которых электромагнит притягивал железную пластинку-якорь, осуществлявшую запись принятых сообщений в виде ломаной карандашной линии на фарфоровой доске. Мир стоял на пороге информационного прорыва.
Изобретателем собственно электромагнитного телеграфа с самопишущим прибором принято считать С. Морзе, однако его изобретение было подготовлено работами и открытиями всей первой трети девятнадцатого века. Электродинамика Ампера лежит в основе работы любого электромагнитного аппарата, а главная часть аппарата Морзе - электромагнит - был изобретен в 1825 году английским физиком Вильямом Стердженом (1783-1850 гг.). А в 1836 году английским физиком Даниэлем была создана достаточно ёмкая гальваническая батарея, позволившая создавать длительные и большие токи. Тем не менее, именно Морзе принадлежит главная заслуга в создании электромагнитного телеграфа, и именно его прибор стал первым в серии электромагнитных, а не стрелочных.
Уроженец Бостона Самуэль Морзе (1791-1872 гг.) был художником, получившим образование по специальности в Англии. Первая мысль об электрическом телеграфе зародилась у него в девятнадцатилетнем возрасте, когда, будучи студентом колледжа, он слушал лекцию профессора Дэ об электричестве. В лекции была высказана мысль, что электрический ток "можно сделать видимым в любом месте на его пути". В 1832 году, плывя на корабле "Сулли" в Нью-Йорк и будучи под впечатлением от мысли, что ток передается мгновенно по проволоке любой длины, он разработал знаменитую азбуку, названную его именем и на все последующие годы ставшую основным кодом телеграфирования. В 1837 году, уже, будучи профессором живописи Нью-йоркского университета, Морзе изготавливает свой первый, весьма несовершенный телеграфный аппарат. Только в 1840 году он создает аппарат, применявшийся потом на телеграфных линиях всего мира почти сто лет. Интересно, что при проектировании своего аппарата Морзе обращался за консультациями к великому американскому электротехнику Джозефу Генри. Именно Генри посоветовал Морзе применить электромагнитное реле, что резко увеличивало дальность передачи сигналов. Поэтому Генри по праву можно считать одним из соавторов электромагнитного телеграфа.
Суть изобретения Морзе заключается в следующем. На отправительной станции с помощью "ключа Морзе" в линию связи посылаются короткие или более длинные токи, соответствующие "точкам" или "тире" азбуки Морзе. На приемной станции электромагнит притягивает якорь, с которым жестко связан пишущий узел - окунаемое в чернильницу металлическое колесико. Оно оставляет чернильный след на бумажной ленте, протягиваемой с помощью часового пружинного механизма.
Первая практическая линия с использованием телеграфа Морзе была построена в 1844 году и соединила города Вашингтон и Балтимор. С этого момента телеграф Морзе в течение последующих лет полностью завоевал все континенты. Первая великая информационная революция свершилась
Главными недостатками телеграфа Морзе были сравнительно низкая скорость передачи сигнала и необходимость расшифровки принятых телеграмм, закодированных азбукой Морзе, что увеличивало время доставки депеш. Изобретение буквопечатающих систем стало огромным достижением в деле развития телеграфа. Что же касается скорости, то можно утверждать, что все последующие годы конкурентная борьба шла именно за нее. По первому пишущему аппарату Штейнгеля можно было передавать лишь 30-35 знаков в минуту. На аппарате Морзе опытный телеграфист передавал 60-70 знаков в минуту, и хотя сам Морзе в пятидесятых годах создал упрощенный и дешевый аппарат "клопфер", в котором прием велся на слух, что давало почти вдвое большую скорость, но это был, по сути, предел возможностей ручной передачи. Требовались механизация и автоматизация процессов передачи и приема.
В 1858 году неутомимый Уотсон, наконец, изобретает телеграфный аппарат, в котором передача ведется не ключом Морзе, а автоматически. Достигается это применением бумажных лент, на которых текст телеграмм наносится предварительно в виде пробитых рядов отверстий, соответствующих точкам и тире. Так появились перфоленты, пропускаемые через считывающий передающий аппарат с большой скоростью. Телеграф Уотсона позволил увеличить скорость передачи до 400-500 знаков в минуту. Однако необходимость расшифровки принятых телеграмм оставалась.
Любопытно, что именно работа на перфораторе натолкнула молодого телеграфиста Томаса Эдисона на мысль о возможности создания фонографа - первого звукозаписывающего аппарата, (к этой истории мы еще с вами вернемся в свое время).
Следующий шаг сделал американец Девид Эдвин Юз (1831-1900 гг.), изобретший в 1858 году буквопечатающий аппарат. Используя принцип синхронности и синфазности работы передающего и приемного аппаратов, основой которых стали одинаковые колеса с выгравированными по их окружности буквами, цифрами и знаками препинания, аппараты Юза позволили передавать всего около 125 знаков в минуту, но зато депеша принималась сразу в читаемом варианте, что в целом увеличило скорость передачи в пять раз.
Следующим этапом стал изобретённый в 1874 году "печатающий многократный телеграф" французского изобретателя Жана Мориса Эмиля Бодо (1845-1903 гг.). Аппарат Бодо позволил использовать для передачи сигналов время пауз между точками и тире. Стало возможным, используя специальный коммутатор, по одной линии работать сразу четырем, шести и более телеграфистам. Передача велась специальным равномерным пятизначным кодом. Наибольшее распространение в мире получили двукратные аппараты Бодо, работавшие на дальней связи почти до конца двадцатого века и передававшие до 760 знаков в минуту.
В 1914-18 годах был разработан и стал внедряться старт-стопный тип телеграфных аппаратов - известный вам под названием "телетайп". Телетайп начинает работать в начале передачи каждого знака и останавливается по окончании передачи. Эти аппараты позволяют передавать до 20 тысяч знаков в час.
В двадцатом веке возникли фототелеграфы и факсимильные аппараты, стали использоваться радиолинии, но это уже выходит за рамки чисто электромагнитных систем, так как в подобных комплексах, помимо электромеханических, используются светооптические, электрохимические и электронные устройства и это уже предмет другого разговора.
Внедрение телеграфного сообщения по всему миру шло семимильными шагами. С конца тридцатых годов девятнадцатого века в Англии, а в сороковые в Америке и ряде стран Европы, стали прокладываться телеграфные линии. В Российской империи телеграф появился в пятидесятых годах девятнадцатого века. Занимался прокладкой телеграфных линий в России немецкий предприниматель и изобретатель Вернер фон Сименс, основатель фирмы "Сименс и Гальске". Ему принадлежали линии Берлин - Франкфурт-на-Майне (1849 г.), подводная линия Петербург - Ораниенбург - Кронштадт (1853 г.), Николаев - Перекоп - Севастополь (1855 г.) и многие другие.
В девятнадцатом же веке осуществляется прокладка первых межконтинентальных подводных кабелей. После первой удачной попытки прокладки кабеля Дувр-Кале были проложены линии Лондон-Париж (1852 г.), линии в Германию, Бельгию, Ирландию из Англии и другие. В 1854-55 годах прокладываются кабели по дну Средиземного и Черного морей. Прокладка кабеля Европа-Америка началась в 1857 году, но первые попытки оказались, по разным причинам, неудачными. Только в 1866 году был, наконец, проложен кабель, который дал устойчивую связь между континентами. В двадцатом веке между Америкой и Европой работало уже двадцать подводных кабелей. К концу девятнадцатого века уже все континенты были соединены между собой, а к 1934 году длина только подводных кабелей во всем мире достигла почти 650 тысяч километров.
Фарадей, Максвелл, Герц.
Итак, телеграф изобретен и таким образом первая информационная революция, обеспечившая наши сегодняшние достижения в этой области - завершена.
Для того чтобы понять дальнейший ход событий нам необходимо вернуться немного назад - в 1802 год, когда русский электротехник В. В. Петров (1761-1834 гг.) открыл явление вольтовой дуги и заложил основы электросварки металлов. В 1812 году вольтову дугу вторично и совершенно самостоятельно открыл английский физик и химик Гемфри Дэви. Однако только в 1840 году делается первая попытка объяснить природу электрической искры. Сделал это американский электротехник Джозеф Генри (1797-1878 гг.). Он открыл, что разряд лейденской банки в определённых условиях имеет колебательный характер.
Через семь лет величайший естествоиспытатель девятнадцатого века Герман Гельмгольц (1821-1894 гг.) теоретически доказал колебательный характер разряда. Учёным стало ясно, что электрическая искра порождается переменным током высокой частоты, который, как мы теперь знаем, является основой радиотехники.
В 1853 году великий английский физик Вильям Томсон (впоследствии лорд Кельвин) теоретически выводит формулу, связывающую период колебаний с параметрами электрической цепи. Разработанную им теорию колебательного разряда в 1857 году развил немецкий физик Густав Кирхгофф (1824-1887 гг.).
Однако всё, что предположили Генри и Гельмгольц и обосновали Томсон и Кирхгофф, было только теорией, ничем не подтверждённой на практике. Учёные не имели прибора, способного зарегистрировать длительность электрической искры и наглядно показать её колебательный характер. В 1857 году немецкий физик Вильгельм Феддерсен, построил прибор, позволивший на опыте подтвердить математические выкладки учёных и сфотографировать искру. Прибор получил название "часов Феддерсена". Основной его частью являются два небольших вогнутых зеркала, равномерно вращающихся на общей оси. При вращении зеркала отбрасывают лучи электрической искры, полученной от лейденской банки, на фотопластинку. В течение 1858-59 годов Феддерсен досконально изучил характер и условия возникновения электрических искр и, в частности, подтвердил на опыте правильность формулы Томсона. Длительность же искры оказалась равной миллионным долям секунды. На фотографиях искр чётко виден колебательный затухающий характер разряда.
В то время как ученые пытались на практике и в теории разобраться с феноменом электрической искры, произошел своеобразный прорыв в области техники звукозаписи. Мы с вами уже говорили о попытках людей осуществить запись звука механическим путем - музыкальных шкатулках, механических пианино, шарманках.
Считается, что первым человеком, который высказал идею звукозаписи и звуковоспроизведения, был француз Шарль Кро, который в 1877 году изобрел "аутографический телеграф". Кро известен также как талантливый поэт и писатель-фантаст, ему приписывается даже изобретение телефона. Идея записи звука на вращающийся барабан возникла у Кро еще двадцатью годами раньше, когда им был построен прибор "фотоавтограф". Прибор содержал рупор с мембраной, к которой была прикреплена игла, и вращающийся барабан, покрытый закопченной бумагой. Звуковые колебания попадали в рупор, заставляя колебаться мембрану, а связанная с ней игла прочерчивала на бумаге тонкую линию - "след" звукового колебания. Однако такой прибор позволял только записывать звуки, а задача их воспроизведения не была решена. А 30 апреля 1877 года он направил во Французскую Академию наук документы на изобретение под названием "фонограф". Ученый рассчитывал после признания своих идей получить средства на продолжение исследовательских работ. Суть изобретения заключалась в том, что на покрытую сажей поверхность вращающегося стеклянного диска игла, прикрепленная к мембране, может записывать звуковые колебания. С этого диска оптическим путем на светочувствительной хромовой пластинке можно получить несколько копий. Вращая металлическую пластинку и прослеживая изображение звука иглой, соединенной с мембраной, можно вновь получить звук. Заявка Кро пролежала нераскрытой до конца года, а в середине декабря газеты принесли известие, что американский изобретатель Эдисон продемонстрировал аппарат, пригодный для записи и воспроизведения звука. Только тогда заявка Кро, наконец, была рассмотрена, идеи были признаны правильными, но в средствах ему отказали.
В середине 1877 года молодой американский телеграфист Т. А. Эдисон (1847-1931 гг.), работая на телеграфном аппарате с использованием перфоленты, заметил заинтересовавшее его явление - при считывании информации с быстро движущейся перфоленты контакты аппарата, скользя по ее дырочкам, издавали звуки разной высоты. Результатом изучения этого явления и трехнедельных проектных работ стал аппарат, названный Эдисоном "фонографом". Впрочем, сам Томас Эдисон предлагал своим почитателем несколько иную версию изобретения прибора: "Однажды, когда я работал над улучшением телефона, я как-то запел над диафрагмой телефона (тоненькой стальной пластинкой), к которой была припаяна игла. Благодаря дрожанию пластинки, игла уколола мне палец, что заставило меня задуматься. Если бы можно было записать эти колебания иглы, а потом снова провести иглой по такой записи - отчего бы пластинке не заговорить? Вот и вся история: не уколи я палец - не изобрел бы фонографа!" - вспоминал изобретатель. Как бы то ни было, а фонограф Эдисона работал.
Устройство первого фонографа было довольно просто. Металлический валик вращался с помощью рукоятки, с каждым оборотом перемещаясь в осевом направлении за счет винтовой резьбы на ведущем вале. На валик накладывалась оловянная фольга, к которой прикасалась игла, связанная с мембраной, к которой, в свою очередь, был прикреплен металлический рупор. При вращении валика в отсутствие звука игла выдавливала на фольге спиральную канавку постоянной глубины. Когда же мембрана колебалась, игла вдавливалась в фольгу в соответствии с воспринимаемым звуком, создавая канавку переменной глубины. Так был изобретен метод "глубинной записи".
При первом испытании своего аппарата Эдисон плотно натянул на цилиндр станиоль, подвел иглу к поверхности цилиндра, осторожно начал вращать ручку и пропел в рупор первую строфу детской песенки "У Мери была овечка". Затем отвел иглу, рукояткой вернул цилиндр в исходное положение, вложил иглу в прочерченную канавку и вновь стал вращать цилиндр. И из рупора тихо, но разборчиво прозвучала детская песенка. Эта первая аудиозапись и воспроизведение были сделаны Томасом Эдисоном в 1877 году. До этого момента не существовало способов захвата, сохранения и воспроизведения звуковых волн. Началась эпоха звукозаписи.
Первые звукозаписи были очень короткие, шумные, с искажениями. Идея аппарата, способного записывать человеческую речь и музыку на восковой валик, оказалась абсолютно новой. Эдисон был в восторге от своего изобретения. Он предложил следующие девять способов его применения:
1. Диктовка писем и документов без стенографистки.
2. Фонографические книги для слепых.
3. Обучение красноречию.
4. Воспроизведение музыки.
5. Запись на память семейных событий, голосов членов семьи.
6. Музыкальные шкатулки и игрушки.
7. Часы, которые могут вслух объявлять время.
8. Сохранение языков посредством точной регистрации правильного произношения, в целях образования.
9. В сочетании с телефоном для записи переговоров.
Как видите, сегодня программа Эдисона не только полностью выполнена, но даже несколько перевыполнена, поскольку дальнейшее развитие технологий звукозаписи открыло новые технологические возможности, о которых изобретатель, несмотря на свою гениальность в то время не мог даже подозревать.
Предложенная Эдисоном глубинная запись имела ряд существенных недостатков. При таком методе игла во время записи испытывает переменную нагрузку, что приводит к серьезным искажениям звука. Так, первые фонографы не воспроизводили звук "ш", а звуки "д" и "т" не различались, были велики шумы валиков. Кроме того, при воспроизведении, если вблизи мембраны издавались громкие звуки, они могли записаться на уже записанный валик. Эдисон продолжал совершенствовать свой аппарат и в дальнейшем выпустил модели, в которых носителями записи стали восковые валики, позволявшие использовать их несколько раз, "стирая" предыдущую запись. Привод из ручного стал механическим, а затем электрическим. Но ему так и не удалось преодолеть главного недостатка фонографа - отсутствия способа тиражирования фонограмм. В практически неизменном виде фонограф просуществовал несколько десятков лет. Как аппарат для записи музыкальных произведений он перестал выпускаться лишь в конце первого десятилетия двадцатого века, но еще практически 15 лет продержался в канцелярской Америке в качестве диктофона. Валики к нему выпускались вплоть до 1929 года.
Итак, пусть несовершенное, средство для записи звука уже существует. Но по-прежнему актуален вопрос, как же все-таки передать записанную информацию на расстояние?
Краеугольным камнем целой области физики, позволившей разработать теорию и практику такой передачи, стало открытие в 1831 году Майклом Фарадеем (1791-1867 гг.) электромагнитной индукции.
Майкл Фарадей родился 22 сентября 1891 года в пригороде Лондона Ньюингтоне в семье кузнеца. Бедность родителей не позволила ему получить законченное начальное образование, и в возрасте тринадцати лет его послали для обучения к переплетчику - владельцу книжной лавки. Работая с книгами, он много читал, особенно интересуясь книгами по химии и физике. К прочитанному относился критически и старался опытами проверить вычитанные знания. Так формировался искусный экспериментатор, который до конца жизни умудрился так и не освоить ни алгебры, ни геометрии. Другой формой самообразования для Фарадея стало посещение публичных лекций в Британском Королевском институте. Здесь он увлёкся лекциями знаменитого химика Гемфри Дэви (1779-1829 гг.) и сумел в 1813 году стать его лаборантом. В приёмном протоколе со слов Дэви записана такая характеристика: "Его данные кажутся хорошими, его характер активный и бодрый, а образ действия разумный".
В 1813-1815 годах Фарадей в качестве полупомощника-полуслуги совершил вместе с Дэви и его женой большое путешествие по охваченной войной Европе. Поездка профессора Дэви носила научно-просветительский характер, и Фарадей познакомился со многими учёными, встречался с Ампером, Вольтой и другими. "Я научился понимать своё невежество, - писал он другу, - стыжусь своих разнообразных недостатков и желаю воспользоваться теперь случаем исправить их".
Исследовательская работа по химии была успешна и Фарадей начал печатать статьи. В 1824 году он избирается членом Лондонского Королевского общества, в 1825 году назначается директором лаборатории химии и в 1827 году избирается профессором химии, а после смерти Дэви занимает его пост. В эти годы он вместе с Дэви ведёт опыты по сжижению газов, изучению сплавов стали, разрабатывает технологию производства оптических стёкол. В 1825 году он открывает бензол, один из важнейших углеводородов. Однако главные его успехи были впереди.
В 1821 году Фарадей узнаёт об опытах Эрстеда и Ампера по отклонению магнитной стрелки вблизи провода с током. Уже через несколько месяцев он доказывает существование вокруг проводника кольцевых магнитных силовых линий, то есть фактически формулирует "правило буравчика". В его рабочем дневнике появляется запись новой задачи: "Превратить магнетизм в электричество". Для решения сложнейшей по тем временам задачи потребовалось десять лет непрекращающихся экспериментов. Фарадей провел огромное количество опытов, но всё время терпел неудачи. Первый успех пришел лишь в 1831 году. В одном из опытов использовался кольцевой сердечник из магнитомягкого железа с двумя изолированными обмотками. Выводы одной из них замыкались проводником, возле которого располагалась магнитная стрелка. В момент подключения к другой обмотке гальванической батареи стрелка отклонялась. По сути, своими опытами Фарадей положил начало использованию трансформатора, хотя переменный ток тогда еще не был известен. Почти такая же методика и в то же время была применена и Джозефом Генри, но Генри опубликовал результаты позже Фарадея, статья которого вышла в конце 1831 года.
В других опытах Фарадея магнитная стрелка отсутствовала, а концы вторичной обмотки не замыкались, а лишь очень близко располагались, образуя разрыв в доли миллиметра. При замыкании и размыкании ключа, управляющего током в первичной обмотке, в этом малом промежутке проскакивала электрическая искра. Так была открыта электромагнитная индукция.
Однажды после лекции Фарадея в Королевском обществе, где он демонстрировал свои опыты, к нему подошел богатый коммерсант, оказывавший обществу материальную поддержку, и надменным голосом спросил:
- Всё, что вы нам здесь показывали, господин Фарадей, действительно красиво. Но теперь скажите мне, для чего годится эта магнитная индукция!?
- А для чего годится только что родившийся ребёнок? - ответил рассердившийся Фарадей.
Пройдет совсем немного времени, и на вопрос коммерсанта ответят многие учёные и изобретатели, и, прежде всего, Вернер фон Сименс (1816-1892 гг.), изобретший в 1866 году динамо-машину, положившую основу для промышленного производства электроэнергии.
В тридцатые годы Фарадей изобретает простейшую динамо-машину, вводит понятия "магнитные силовые линии" и формулирует закон электромагнитной индукции: "Всякий раз, как проводник пересекается магнитными силовыми линиями, в нём возбуждается электродвижущая сила и, если проводник замкнут, в нём возникает электрический ток".
С ноября 1831 года Фарадей систематически печатает свои "Экспериментальные исследования по электричеству", составившие 30 серий и более чем 3000 параграфов. Это великолепный памятник его научного творчества.
Результаты опытов свидетельствовали о существовании нового вида материи - электромагнитных волн. Но это еще следовало доказать. Экспериментальная техника и теоретические разработки в области электричества и магнетизма находились в зачаточном состоянии. Кроме того, в физике господствовала теория "дальнодействия", согласно которой тела действуют друг на друга мгновенно на любом расстоянии. Волновая же теория ломала это представление, и научная общественность еще была не готова её воспринять. Тогда Фарадей схитрил и 12 декабря 1832 года сдал на хранение в архив Королевского общества запечатанное письмо, в котором сообщалось, что оно написано с целью закрепления даты открытия в случае его экспериментального подтверждения. Конверт был вскрыт лишь в 1938 году, 106 лет спустя. Поразительны по своей проницательности основные мысли письма: электрическая индукция распространяется подобно волнам с конечной скоростью, световые явления не отличаются от электрической индукции, для анализа указанных явлений следует использовать теорию колебаний. Эти идеи полностью перекликаются с электромагнитной теорией, разработанной много позднее Максвеллом и подтверждённой опытами Герца.
В последующие годы Фарадей занимается электрохимией, вводит термины "анод", "катод", "электрод", "электролит" и другие. Исследует диэлектрики. Наряду с проведением интенсивных экспериментальных работ он консультирует промышленников, читает научно-популярные лекции в Королевском институте, делает доклады, ведёт еженедельные собрания - "пятницы". Помня о молодёжи, пишет свою любимую книгу "Химическая история свечи". До сих пор во всём мире эту книгу принято считать классическим образцом научно-популярной литературы.
В 1845 году Фарадей стал изображать электрические и магнитные поля с помощью силовых линий. Тогда же ему удалось с помощью магнитного поля и поляризатора - призмы Николя - повернуть плоскость поляризации света. Таким образом им была доказана связь магнетизма со светом.
"Фарадей является и навсегда останется творцом того общего учения об электромагнетизме, которое рассматривает с единой точки зрения все явления" - так оценивал его работы Максвелл.
Никакие почести не уменьшили природную скромность ученого. Он отказался от дворянского звания, президентства в Королевском обществе, крупных гонораров и даже от государственной пенсии. Следуя его воле, на его надгробии в Вестминстерском аббатстве выбито лишь два слова - Майкл Фарадей.
Идеи Фарадея об электромагнитной индукции положили начало опытам по созданию беспроволочного телеграфа. В 1849 году английский инженер Вилкинс сумел передать сигналы на расстояние в несколько сот метров.
Много удачнее были опыты американца Трубриджа. В его аппарате были использованы короткие провода, натянутые параллельно друг другу. Токи, возникающие в проводе отправительной станции, вызывали индукционные токи в проводе приёмника. В августе 1880 года в Кембридже (США) им была установлена связь на расстоянии 1600 метров.
В начале девяностых годов девятнадцатого века английский инженер Прис повторил эти опыты и добился ещё большего успеха - 5, 5 км. Подобные опыты проводили так же англичанин Смит и немецкий физик Ратенау. Последний достиг дальности связи 4, 5 км.
Интересные опыты провёл изобретатель телефона Грэхэм Белл (1847-1922 гг.). В 1880 году он, совместно с Тентером, создал прибор, названный им фотофоном. Фотофон передавал уже не телеграфные знаки, а живую человеческую речь. В основе фотофона находилась пластина из селена, который имеет свойство менять под действием света свою электропроводность пропорционально яркости освещения. В Вашингтоне и в Парижской Академии наук Белл демонстрировал передачу звука на расстоянии 150 метров.
В 1885 году сконструировал, а в 1891 году запатентовал "прибор для передачи без проводов сигналов азбуки Морзе" Томас Эдисон. Передатчик Эдисона состоял из индукционной катушки, первичная обмотка которой была соединена с телеграфным ключом, а вторичная - с поднятым высоко над землёй большим металлическим листом. На приёмной станции такой же лист соединялся с телеграфным аппаратом Морзе. При помощи этих приборов Эдисон установил связь между движущимся поездом и железнодорожными станциями. Дальность оказалась невысокой, интерес пассажиров малым, и Эдисон выбросил из головы мысль о беспроволочном телеграфе. Интересно, что когда некоторое время спустя изобретатель радио Маркони стал распространять свои приборы в Америке, ему пришлось выкупить этот патент у Эдисона.
Были ещё отдельные попытки создания беспроволочных телеграфов, но их авторы ещё не владели теорией электромагнитных волн. Решающий прорыв наступил лишь после публикации работ Максвелла и Герца.
Уроженец города Глейнер в Шотландии, Максвелл получил среднее образование в Академии в Эдинбурге, где уже в пятнадцатилетнем возрасте представил Эдинбургскому Королевскому обществу свою первую работу "О механическом вычерчивании овалов". Далее он обучался в Эдинбургском университете и Кембридже. С 1856 года Максвелл начал преподавать физику в Абердинском университете, затем стал профессором физики в Королевском колледже в Лондоне. Его научные интересы в то время касались кинетической теории газов, и в 1877 году им была опубликована работа "Теория газов".
Но главные его труды посвящены теории электромагнитного поля. В 1855 году он опубликовал свою первую работу на эту тему - "О силовых линиях Фарадея", в которой облек в математическую форму идеи своего предшественника. Максвелл придерживался мнения Фарадея, что силовые линии не являются только воображаемыми, но и существуют на самом деле. По выработанной им теории в каждой точке пространства существуют две силы: электрическая и магнитная. Величина каждой из них зависит от положения точки в пространстве и от времени, то есть он исходил из предположения о существовании электромагнитных волн. В 1857 году Максвелл посылает свою статью "О силовых линиях Фарадея" вместе с письмом своему кумиру - Фарадею, пришедшему от нее в полный восторг и изумление оттого, что математика не только не портит, но еще глубже раскрывает его идеи.
Параллельно с проблемами электромагнетизма Максвелл занимался решением задач в иных областях науки. Например, его блестящая работа об устойчивости колец Сатурна вызвала восторг астрономов и принесла ее автору в 1857 году премию Адамса.
В 1864 году вышла работа Максвелла "Динамическая теория электромагнитного поля", в которой он дал развернутую математическую формулировку теории электромагнитного поля, чем доказал существование электромагнитных волн. Максвелл считал, что в диэлектрике может существовать особый вид тока, связанный с перемещение силовых линий электрического поля. Этот ток, названный им "током смещения", подобно токам проводимости порождает вокруг себя магнитное поле. Было математически доказано, что изменение во времени силовых линий электрического поля неизбежно вызывает изменение магнитного поля, которое, в свою очередь, вызывает изменение электрического поля и создает в окружающей среде волновой процесс. Этот процесс Максвелл назвал электромагнитной волной. Он также пришел к выводу, что свет имеет электромагнитную природу, и что электромагнитные волны любых частот распространяются в пространстве со скоростью света и подчиняются световым законам, то есть, имеют отражение, преломление, дифракцию, интерференцию и поляризацию. Характерно, что все доказательства были оформлены строго математически в виде ряда уравнений, носящих теперь имя их создателя. Интересно также отметить, что вычисленная Максвеллом теоретически скорость света - 308000 км/с - оказалась ближе к истине (по современным представлениям 300000 км/с), чем найденная опытным путем рядом исследователей: 314800 км/с у Физо, 310700 км/с у Вебера и Кольрауша.
В 1865 году после тяжелой болезни Максвелл отправился на отдых в свое родовое имение в Шотландию, где полностью посвятил себя научной работе. Именно здесь он начал писать свой знаменитый "Трактат по электричеству и магнетизму".
В 1871 году Максвелл переезжает в Кембридж, чтобы возглавить кафедру экспериментальной физики и строящуюся там лабораторию. Это и была знаменитая Кавендишская лаборатория, первым директором которой, после ее открытия 16 июня 1874 года, стал профессор Д. Максвелл. Как руководитель лаборатории он запомнился сотрудникам своим вниманием к ним и обаятельным обхождением. Он был всегда искренен, прост, принципиален, активен.
В 1873 году вышли первые два тома работы Максвелла "Трактат по электричеству и магнетизму", обобщивших все, что было известно к тому времени об этих явлениях. Теория Максвелла, да еще облеченная в сложную для понимания многих математическую форму, была чрезвычайно смелым шагом в науке. Она носила настолько новаторский характер, что прошло двадцать пять лет, прежде чем она получила полное признание в научной среде.
О роли Максвелла в развитии науки превосходно сказал американский физик Р. Фейнман: "В истории человечества (если посмотреть на нее, скажем, через десять тысяч лет) самым значительным событием девятнадцатого столетия, несомненно, будет открытие Максвеллом законов электродинамики. На фоне этого важного научного открытия гражданская война в Америке в том же десятилетии будет выглядеть провинциальным происшествием".
Из теории Максвелла вытекало, что можно получить электромагнитные волны более низких, нежели свет, частот, радиоволны, невидимые глазом. Но в то же время не было известно ни одного опыта, который мог бы подтвердить эту теорию. Только через девять лет после смерти Максвелла молодой немецкий физик Генрих Герц на опыте доказал миру полную правоту всех положений Максвелла и дал толчок к развитию беспроводного средства связи - радио.
Генрих Рудольф Герц (1857-1894 гг.) родился в Гамбурге, в семье адвоката, ставшего позже сенатором. Учился Герц прекрасно, любил все предметы, писал стихи и увлекался работой на токарном станке. В 1875 году после окончания гимназии Герц поступает в Дрезденское, а через год в Мюнхенское высшее техническое училище, но после второго года обучения понимает, что ошибся в выборе профессии. Его призвание - не инженерное дело, а наука. Он поступает в Берлинский университет, где его наставниками оказываются физики Гельмгольц и Кирхгофф. В 1880 году Герц досрочно оканчивает университет, получив степень доктора. Три года он без видимого успеха ассистирует Гельмгольцу, затем становится приват-доцентом Кильского университета. С 1885 года он профессор экспериментальной физики политехнического института в Карлсруэ, где и были проведены его знаменитые опыты.
Герц тщательно изучил все, что было известно к этому времени об электрических колебаниях и в теоретическом, и в практическом отношениях. Найдя в физическом кабинете пару индукционных катушек и готовя демонстрационный опыт, он обнаружил, что при разряде лейденской банки (конденсатора) через одну из двух расположенных поблизости одна от другой спиралей Рисса в другой спирали наводится напряжение. Спирали представляли собой катушки индуктивности, витки которых располагались в одной плоскости, а плоскости обеих катушек были параллельны. Лейденская банка разряжалась через "первичную" катушку, при этом наблюдалось искрение между ее зажимами, находящимися достаточно близко друг от друга. В свою очередь, напряжение, индуцированное во "вторичной" катушке, приводило к искрению между ее зажимами. Это явление можно было принять за проявление открытой еще Фарадеем взаимной индукции, но Герц доказал, что в данном случае имеет место излучение, носящее волновой характер. Период этих колебаний оказался около одной пятимиллионной доли секунды, что определило длину волны порядка шести метров.
Так в 1886 году начались опыты, продлившиеся двадцать пять месяцев. В результате последующих экспериментов Герц создал источник электромагнитных волн, названный им "вибратором". Вибратор состоял из двух проводящих сфер диаметром 10-30 см, укрепленных на концах проволочного разрезанного посредине стержня. Концы половин стержня в месте разреза оканчивались небольшими полированными шариками, образуя искровой промежуток в несколько миллиметров. На начальном этапе опытов вместо сфер использовались квадратные металлические листы со стороной 40 см. Сферы или листы подсоединялись к вторичной обмотке катушки Румкорфа, являвшейся источником высокого напряжения. Кстати, именно в таком виде вибратор Герца был использован как передатчик в первых практических схемах родоначальников радиосвязи А.С. Попова и Г. Маркони.
Суть происходящих в вибраторе явлений коротко заключается в следующем. Индуктор Румкорфа создает на концах своей вторичной обмотки очень высокое, порядка десятков киловольт, напряжение, заряжающее сферы зарядами противоположных знаков. В определенный момент в искровом промежутке вибратора возникает электрическая искра, делающая сопротивление его воздушного промежутка столь малым, что в вибраторе возникают высокочастотные затухающие колебания, длящиеся во все время существования искры. Поскольку вибратор представляет собой открытый колебательный контур, происходит излучение электромагнитных волн.
Для решающих опытов, которые должны были показать полную тождественность электромагнитных и световых волн, установить поляризацию волн и доказать не только отражение, но и преломление, нужно было перейти к более коротким волнам. Герцу удается получить волны длиной около 60 см. (частота около 500 МГц) и с ними провести последние опыты. Для создания столь коротких волн Герц использовал медные стержни диаметром 3 см. и длиной 9 см. в качестве эквивалента катушки колебательного контура. На концах стержней располагались медные шары диаметром 4 см. как эквиваленты конденсатора. Именно такой вибратор впоследствии и был назван его именем. В качестве детектора, или приемника, Герц использовал кольцо с разрывом - искровым промежутком, который можно было регулировать. Диаметр кольца с величины более метра в первых опытах к их концу уменьшился до 7 см. Приемное кольцо было названо Герцем "резонатором". Опыты показали, что изменением геометрии резонатора можно добиться "гармонии", или "синтонии" (резонанса) между источником электромагнитных волн и приемником. Наличие резонанса выражалось в возникновении искр в искровом промежутке резонатора в ответ на искру, возникающую в вибраторе. В опытах Герца посылаемая искра была длиной 3-7 мм, а искра в резонаторе - всего несколько десятых долей миллиметра. Увидеть такую искру можно было только в темноте, да и то, воспользовавшись лупой. После огромной серии трудоемких и чрезвычайно остроумно поставленных опытов с использованием простейших, так сказать, подручных средств экспериментатор достиг цели. Удалось измерить длины волн и рассчитать скорость их распространения. Были доказаны наличие отражения, преломления, дифракции, интерференции и поляризации волн.
Все теоретические положения Максвелла были блестяще подтверждены экспериментально. Но помимо этого, Герц своими опытами дал в руки физиков мощное экспериментальное орудие. Он не только показал, как надо работать на ультракоротких и даже дециметровых (по современной градации) волнах, но и построил излучающие и приемные устройства, направленные системы и целый ряд других устройств.