Факс отмечает 183-летие: история изобретения длиной почти в два века

Принято считать, что изобретателем факса был шотландец Александр Бейн. В 1843 году он оформил британский патент № 9745, и почти любой рассказ о факсе открывается именно этой датой: вот, мол, потрясающе, факс появился раньше телефона! Возразить тут нечего, разница действительно составляет 33 года.

Но стоит заглянуть в описание патента, и выясняется, что Бейн придумал устройство, лишь отдалённо похожее на факс. Впрочем, это не мешает считать его родоначальником целого направления в области связи.

В этой статье я предлагаю проследить историю передачи изображений по телефонным проводам. А те, кто застал эпоху факсов, смогут слегка поностальгировать по знакомой фразе: «Факс примите! Стартуем?».

Начало

Так что же всё-таки построил Бейн? Начнём с главного: по профессии он был часовщиком. Это принципиально, ведь изобретал он явно нечто родственное часам. Так оно и вышло.

Замысел у него был довольно простой. На передающей стороне качается маятник с иглой. Двигаясь слева направо, игла скользит по строке заранее подготовленного изображения. Грубо говоря, можно представить, что она «ощупывает» металлические литеры. Там, где есть металл, игла отправляет в линию сигнал, а там, где его нет, сигнала нет.

На приёмной стороне качается точно такой же маятник, только он проходит по специальной бумаге, пропитанной химическим составом. Когда по игле течёт ток, раствор темнеет, а без тока бумага остаётся светлой. После каждого прохода передаваемое изображение и бумага на приёме сдвигаются на одну строку, и всё повторяется.

В сущности, это и есть вся идея. Дальше начинается то самое, где прячется дьявол, — детали:

• Чаще всего вспоминают о синхронизации. Каким-то образом в XIX веке требовалось заставить маятники на обоих концах линии качаться в такт. Даже для XX века это непростая задача, а уж тогда тем более. В патенте решение описано примерно так. На обоих концах линии стояли одинаковые маятники с механическими защёлками. Дойдя до определённой точки своего хода, маятник упирался в защёлку. Если второй маятник на другом конце линии ещё не достиг соответствующей точки, первый останавливался и ждал. Как только второй тоже добирался до своей защёлки, электрическая цепь замыкалась, электромагниты одновременно освобождали обе защёлки, и маятники начинали следующий ход вместе. Допустим, проблему решили. На деле у такой конструкции хватало слабых мест.

• Лично меня занимает другое. Откуда взять для передачи изображение, составленное из металлических элементов? Если это буквы, то форму можно набрать из литер, как в типографии. А если это рисунок? Рисовать металлом? Да, именно так и предполагалось.

• Отсюда вытекает третья деталь, которая и похоронила идею, а точнее, отсрочила её. Конструкция рабочая, а её недостатки устранимы. Проблема в другом: буквы быстрее и удобнее передавать азбукой Морзе, а пересылка металлического изображения — задача слишком узкая, чтобы ради неё создавать целую технологию.

Англичанин Фредерик Бейкуэлл в 1848 году запатентовал вариант с вращающимися цилиндрами и часовым механизмом и продемонстрировал его на Всемирной выставке 1851 года в Лондоне. Но и он упёрся в ту же стену: цилиндры на концах линии нужно синхронизировать, а это серьёзная проблема.

Тем не менее у Бейкуэлла был и свой маленький прорыв. Он обёртывал передающий цилиндр металлической фольгой и рисовал на ней изолирующими чернилами. Когда щуп касался оголённого металла, шёл ток, а когда попадал на чернила, цепь размыкалась. Так ему удалось решить проблему быстрого изготовления рисунка прямо на месте. Готовое изображение таким способом не передашь, зато набросок, сделанный перед отправкой, — вполне. Это важно, и через пару абзацев вы поймёте почему.

Первым, у кого всё заработало по-настоящему, стал итальянский аббат Джованни Казелли. Его пантелеграф выглядел внушительно: рама высотой около 2 метров, внутри неё маятник весом 8 кг, а за ходом маятника следят отдельные часы. По сути, это были гигантские часы, которые заодно умели рисовать. Зато синхронизации приемлемого качества он всё же добился.

В 1865 году пантелеграф начал работать на линии Париж — Лион как обычная коммерческая служба. Аппараты Казелли добрались и до России: в 1866–1868 годах они действовали на линии Петербург — Москва.

Теперь вернёмся к третьей «дьявольской» детали. Что люди отправляли с помощью этого диковинного аппарата? Пейзажи? Портреты близких?

Разумеется, нет. В основном передавали подписи и рукописные распоряжения под банковскими и биржевыми документами. Сам аппарат мог воспроизвести любой рисунок, но за депешу платили по площади, за каждый квадратный сантиметр. Тариф был таков, что окупался лишь росчерк пера.

Текст гораздо дешевле уходил по обычному телеграфу. Но удостоверить, что бумагу написал и подписал именно этот отправитель, телеграф не мог. А пантелеграф мог, поскольку ему было всё равно, что воспроизводить: буквы или размашистую подпись.

Здесь снова пригодится идея Бейкуэлла: подпись можно поставить прямо перед отправкой и нужным способом. Так что в этом смысле штука оказалась полезной.

Впрочем, служба просуществовала недолго. К концу 1860-х она угасала, а франко-прусская война 1870–1871 годов окончательно её добила. Телеграф Морзе был дешевле, да и подписей на всех не хватило.

Фотография на ощупь

Подпись, рисунок пером, чертёж — всё это штрих, у которого лишь два состояния: линия есть или её нет. Газетам же хотелось фотографий, с полутонами и лицами.

Для этого иглу требовалось заменить чем-то, что способно воспринимать и передавать яркость. Немецкий физик Артур Корн предложил использовать для этой цели нечто вроде фотодатчика.

Брали негатив настоящей фотографии и печатали с него позитив на прозрачной плёнке. Затем плёнкой обёртывали стеклянный цилиндр. Цилиндр вращался и одновременно очень медленно смещался вдоль своей оси.

На всю эту конструкцию направляли узкий луч света. Пройдя сквозь снимок, свет попадал на призму, которая отклоняла его на селеновую ячейку, а та преобразовывала яркость в изменение электрического сопротивления.

Получалось, что фотографию, грубо говоря, разматывали по спирали, передавали эту спираль как непрерывный сигнал с меняющейся яркостью, а на приёмном конце снова наматывали.

На другом конце линии стоял синхронно вращавшийся цилиндр с фотоматериалом. Электрический сигнал регулировал количество света, падавшего на плёнку или фотобумагу: сильный сигнал давал одну степень засветки, слабый — другую. После проявления постепенно проступала копия исходного снимка.

В 1904 году такое устройство отправило снимок по маршруту Мюнхен — Нюрнберг — Мюнхен. Передача заняла 42 минуты (в некоторых описаниях — 44). Небыстро, но это была настоящая фотография, переданная с помощью электричества.

Через три года дело пошло бодрее. В ноябре 1907 года аппараты Корна работали уже в трёх редакциях: берлинской Lokal-Anzeiger, парижской L’Illustration и лондонской Daily Mirror. Портрет передавали минут за 12. Тогда же из Парижа в Лондон за 11–12 минут отправили фотографию короля Эдуарда VII.

К тому времени передача уже велась по телефонной линии.

Телефон соединил столицы, и его провода оказались удобнее телеграфных. Правда, у телефонной линии были свои особенности. На длинном пути сигнала уже тогда стояли трансформаторы, а чуть позже к ним добавились ламповые усилители. Всё это рассчитано именно на голос и с картинкой обходится довольно бесцеремонно. Об этом чуть ниже.

Но самая удивительная машина той эпохи принадлежала французу Эдуару Белену. Представьте фототелеграф без фотоэлемента — вообще без чего-либо, что видит свет. Как он тогда считывает снимок?

На ощупь.

Белен переносил фотографию на слой бихромированного желатина. У этого материала есть полезное свойство: после засветки и обработки он образует рельеф. Тёмные участки поднимаются, светлые опускаются (или наоборот, в зависимости от проявки). Получался снимок, который можно потрогать. Затем этот рельеф накручивали на цилиндр, по нему двигалась игла, а игла была связана с микрофоном.

Игла вздымалась на скулах и проваливалась в глазницы, буквально снимая с фотографии звук, примерно как на пластинках для патефона. Только здесь добавлялся микрофон, отдававший в линию ток. Телефонная сеть передавала его как обычный разговор. Разговор, конечно, весьма странный. Но телефонной сети всё равно, какую чепуху по ней несут, лишь бы она умещалась в полосу.

В 1913 году Белен создал переносную версию, которую можно было привезти на место события и отправлять оттуда снимки по телефону. За аппаратами Белена закрепилось название «белинограф». В мае 1914 года парижская Le Journal напечатала первый репортажный снимок, переданный таким способом. Передача заняла 4 минуты.

Фотоэлемент в аппаратах Белена появился лишь во второй половине 1920-х. А сами «белино» французские репортёры таскали с собой ещё очень долго. По данным Национальной библиотеки Франции, чемоданные передатчики дожили до 1980-х.

Два камертона не договорятся

В мае 1924 года за дело взялись те, у кого телефонных линий было в избытке. Компания AT&T публично продемонстрировала передачу фотографий из Кливленда в Нью-Йорк.

Повод выбрали с умом. Тем летом в США проходили партийные съезды, газетам требовались снимки немедленно, и система переслала между Кливлендом, Нью-Йорком и Чикаго несколько сотен фотографий. А 4 марта 1925 года снимки с инаугурации президента Кулиджа ушли из Вашингтона сразу в три города: Нью-Йорк, Чикаго и Сан-Франциско. Одновременно.

В апреле 1925 года инженеры компании подробно описали систему в фирменном техническом журнале. На передающей стороне прозрачная плёнка размером 5 на 7 дюймов надевалась на барабан. Барабан вращался и понемногу сдвигался вдоль оси, а узкий луч света проходил сквозь плёнку и попадал на фотоэлемент. Развёртка составляла 100 линий на дюйм, и на весь снимок уходило около 7 минут. Для газетных клише брали погрубее, 60–65 линий: газетной бумаге большего и не требовалось.

Дальше начинается тонкий момент. Ток с фотоэлемента нельзя просто отправить в линию.

Скрытый текст

Почему нельзя? Дело в том, что междугородная телефонная сеть к тому времени уже перестала быть просто куском меди от двери до двери. На пути стояли трансформаторы и усилители, а затем появилась и аппаратура уплотнения, упаковывающая множество разговоров в один кабель. Всё это рассчитано исключительно на голос. Отсюда знаменитый канал тональной частоты, которым связисты пользуются и поныне. Его эффективная полоса — 300–3400 Гц, а сами каналы идут с шагом 4 кГц. Другого канала для вас у них нет.

Медленные изменения яркости снимка — это почти постоянный ток, то есть частоты около нуля. В такой канал они не пролезут. Картинку нужно посадить на несущую частоту, лежащую внутри полосы голоса. Это, по сути, и есть модем, только такого слова тогда ещё не существовало.

В AT&T выбрали несущую около 1300 Гц. Яркость снимка управляла её амплитудой. Если бы вы сняли трубку и прислушались к такой линии, то услышали бы ровный свист, громкость которого дрожала в такт изображению.

Барабаны на обоих концах приводили в движение фонические колёса, то есть небольшие синхронные моторы. И снова встал вопрос: как заставить их вращаться синхронно? Ответ инженеров AT&T — камертоны. Напомню: внешне это крупная вилка, а по назначению — небольшой прибор, издающий чистый и точный эталонный звук.

Собственная частота камертона очень стабильна. Например, если он рассчитан на определённое число колебаний в секунду, его возбуждали электромагнитом, а колебания поддерживала электронная схема. Рядом с зубцами стояли электромагнитные датчики, превращавшие каждое колебание в электрические импульсы. В итоге получался предельно стабильный электрический «тик-так».

Блестящее решение, не так ли? Источники утверждают, что нет. С двумя независимыми камертонами изображение выходило перекошенным: даже хорошие камертоны не обеспечивали нужной стабильности. Поэтому в AT&T поступили иначе. Вместе с несущей в 1300 Гц по той же линии шла вторая несущая, около 400 Гц, а на ней — синхроимпульсы от камертона передатчика. Именно они вели фоническое колесо приёмного барабана. То есть собственного мнения о времени у приёмника не было: он слушал часы передатчика. Отдельную линию под синхронизацию сочли неэкономичной (и я их понимаю: занимать вторую междугородную пару ради одного свиста действительно жалко).

Маятник Бейна, регулирующие часы Казелли, а теперь 400 Гц в соседней полосе. И вуаля — у нас наконец-то настоящий факс, пусть пока и аналоговый! Напомню, на дворе 1925 год.

Каштан за 2,8 миллиона

С технической точки зрения AT&T всё сделала как следует. А вот с коммерцией не заладилось.

Компания открыла целую службу передачи фотографий по проводам. Увы, к 1933 году её закрыли: шла Великая депрессия, и финансовая модель не выдержала. Инвестиции в 2,8 миллиона долларов почти вылетели в трубу.

Эстафету подхватило агентство Associated Press. 1 января 1935 года оно запустило сеть Wirephoto. Аппаратуру для неё делали всё те же инженеры AT&T, но уже новую, с учётом восьми лет мучений со старой службой. Сеть насчитывала 10 000 миль арендованных линий, а бюджет составлял около миллиона долларов в год. Первым снимком, ушедшим по сети, стала аэрофотосъёмка места авиакатастрофы в Адирондакских горах. Новость, к которой просто необходимо приложить эффектный кадр.

На старте сетью пользовались 35–50 газет (тогдашние публикации считали по-разному). На один снимок уходило до 17 минут.

Но самое интересное происходило внутри самого агентства. AP устроено как кооператив газет, и часть пайщиков встала на дыбы. Громче всех возражали люди Уильяма Херста и Рой Говард из сети Scripps-Howard. Дорого, расточительно, никому не нужно. И вообще, заявляли они, AP таскает из огня каштаны для телефонной компании на 2,8 миллиона.

Благородная забота о кассе кооператива? Ну почти. У Херста была собственная фотослужба International News Photos. Со Scripps-Howard было связано агентство Acme. Обе прекрасно жили и без чужой сети. Сеть, по которой снимок попадает в редакцию за четверть часа, была им нужна примерно как извозчику метро.

Не помогло. Wirephoto заработала и на десятилетия стала одной из главных фотосетей американской прессы. А телефонная компания, потерявшая на этой затее 2,8 миллиона, в итоге всё равно осталась при деле: аппаратура-то её. Тоже, в общем, неплохо.

Кстати, и по радио картинки научились передавать почти сразу. В последних числах ноября 1924 года компания RCA с помощью системы Ричарда Рейнджера передала первые фотографии между Лондоном и Нью-Йорком. Среди них был портрет всё того же Кулиджа. Президенту в тот год вообще везло на фототелеграф.

Буквы как картинки

Небольшое отступление.

В апреле 1929 года немецкий инженер Рудольф Хелль подал заявку на патент с довольно прозаичным названием: «устройство для электрической передачи письменных знаков». Сегодня оно известно как Hellschreiber, аппарат Хелля.

Идея такова. Обычный телеграф, уже с клавишами, а не с ключом, передаёт код буквы. Нажали «А» — в линию ушла комбинация импульсов, на другом конце аппарат распознал эту комбинацию и напечатал «А». Но если помеха исказила хотя бы один импульс, аппарат опознает уже другую комбинацию и уверенно напечатает «Щ». Он ведь не знает, что вы имели в виду: что пришло, то и печатает.

Хелль предложил буквы не кодировать, а рисовать. Каждый знак разбивался на небольшую сетку точек, и в линию уходили просто точки: чёрная, белая, чёрная. На приёмной стороне вращалась спираль и выбивала эти точки на бумажной ленте. Аппарат не имел понятия, какую букву печатает. Он вообще не знал, что такое буква.

И вот что получается. Помеха на линии добавля

 

Источник