ボルタ研究所および局

ベルと彼の2人の仲間は、エジソンの錫箔蓄音機を大幅に改良し、錫箔の代わりに蝋から音を再生するようにした。彼らは1879年にワシントンDCで研究を開始し、1886年に蝋への録音に関する基本特許を取得するまで研究を続けた。^{[ 25 ]}

彼らは、完全な機械を含む約20点の実験装置をスミソニアン博物館に保存した。最初の実験機械は、後の特許紛争に備えて1881年に箱に封入され、スミソニアンのアーカイブに保管された。残りのものは、アレクサンダー・グラハム・ベルによって1915年と1922年の2回に分けて国立博物館に寄贈された。ベルはその頃には高齢で、ノバスコシアで水中翼船と航空実験に忙しかった。^{[ 25 ]}

1947年、博物館は、エジソンの「蓄音機」と区別するために「グラフォフォン」と呼ばれていた実験用機器の鍵付き箱の鍵を受け取りました。同年、ローラ・F・テインダー夫人は、テインダーの未発表の自伝とともに、10冊の綴じられたノートをスミソニアン国立自然史博物館に寄贈しました。この資料には、録音機および録音機械産業の創設に貢献した1886年の大幅に改良された蓄音機につながる、研究所での奇妙な発明とさらに奇妙な実験が詳細に記述されています。^{[ 24 ] [ 25 ]}

トーマス・A・エジソンは1877年に蓄音機を発明した。しかし、この発明（彼の最も独創的な発明と呼ばれることもある）でエジソンに与えられた名声は、その音質によるものではなかった。錫箔蓄音機での録音は、錫箔が簡単に破れてしまうため実用的ではなく、スタイラスを適切に調整しても、音の再生は歪んでキーキーと音を立て、数回しか再生できなかった。それでもエジソンは録音のアイデアを発見した。しかし、彼は音質の向上に取り組まなかった。おそらく、今後5年間をニューヨーク市の電灯と電力システムの開発に費やすという契約があったためだろう。^{[ 25 ]}

一方、生粋の科学者であり実験家であったベルは、電話の発明後、征服すべき新たな世界を探していた。サムナー・テインダーによれば、ベルが新興の蓄音機技術の分野に興味を持ったのは、ガーディナー・グリーン・ハバードのおかげだった。ベルは1879年にハバードの娘メイベルと結婚したが、当時ハバードはエジソン・スピーキング・フォノグラフ社の社長だった。ハバードはまた、エジソンの特許を1万ドルと会社の利益の20%の配当で購入したエジソン・スピーキング・フォノグラフ社の5人の株主のうちの1人でもあった。 ^{[ 35 ]}しかし、ハバードの蓄音機会社は、めったに作動せず、一般の人には操作が難しい機械を人々が買わなかったため、すぐに財政破綻の危機に瀕した。^{[ 25 ]}

1879年までにハバードはベルを蓄音機の改良に興味を持たせることに成功し、ワシントンDCに研究所を設立することで合意した。電話や光による音の伝送などの他の電気通信技術の実験も行われ、その結果、セレン電池式フォトフォンが誕生した。^{[ 25 ]}ハバードとベルは共に首都に移住することを決めたが、その理由の一つは、 1876年のベルの電話特許に対する数々の法的異議申し立てがあったためである。ワシントンはまた、科学および制度的組織の中心地になりつつあり、それがベルの研究活動を促進した。

1881年までに、ボルタ・アソシエイツはエジソンの錫箔蓄音機を大幅に改良することに成功した。彼らは、重い鉄製の円筒の溝に蝋を詰め、エジソンが行ったように箔を巻き付けて鈍いスタイラスで箔に録音を刻み込む代わりに、鑿のようなスタイラスで蝋に録音を刻み込んだ。その結果、よりクリアな録音が得られた。しかし、当時特許を申請する代わりに、彼らは機械を金属製の箱に封印し、スミソニアン博物館に寄託し、3人のうち2人の同意なしには開封してはならないと指定した。1937年までに、アソシエイツの中で生き残っていたのはテインダーだけとなり、スミソニアン博物館に保存されていた箱は彼の許可を得て開封された。この機会に、アレクサンダー・グラハム・ベルの子孫がワシントンに集まったが、ベルを生涯敬愛していたテインダーは病気のため出席できず、サンディエゴの自宅に留まった。^{[ 25 ]}

改造されたエジソンの機械の蝋で満たされた溝に録音が刻まれていた。再生すると、遠い過去からの声がシェイクスピアの『ハムレット』からの引用を朗読した。^{[ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]} 「天と地には、ホレイショー、君の哲学では想像もできないほど多くのものがあるのだ…」そして、気まぐれにこう言った。「私はグラフォフォンで、私の母はフォノグラフだった。」

かすかな声が父親の声だと信じたベルの娘、ギルバート・グロブナー夫人は、「まさに父が言いそうなことだわ。父はいつも古典を引用していたもの」と述べた。^{[ 25 ]}後にテインダーは、その声が実際には彼女の父方の祖父、アレクサンダー・メルヴィル・ベルの声であると特定した。^{[ 37 ]} 1937年以来聞かれることのなかったこの歴史的な録音は、2013年に再び再生され、オンラインで公開された。

その機械で用いられた音の再生方法は、引用文以上に興味深いものだった。従来のスタイラスと振動板の代わりに、高圧空気の噴射が用いられていたのだ。テインダーは1881年7月7日に、すでに次のような録音を行っていた。

「今晩午後7時頃…装置の準備が整い、空気シリンダー上部のバルブを少し開けて、圧力計が約100ポンド[69ニュートン/cm]の圧力を示すまで調整した。次に蓄音機シリンダーを回転させると、漏れ出る空気によって発生する音が聞こえ、蓄音機から少なくとも8フィート離れた場所でも言葉が聞き取れた。」ジェット[ノズル]の先端はガラス製で、[空気ジェット]はレコードの溝1本に向けられる。^{[ 25 ]}

研究者たちは、溶融金属、ワックス、水などの他のスタイラスジェットについても実験を行った。^{[ 25 ]}

ボルタ研究所で設計されたディスク式レコードプレーヤーのほとんどは、ディスクが垂直ターンテーブルに取り付けられていました。その理由は、初期の実験では、ディスク付きのターンテーブルが録音ヘッドと再生ヘッドとともに工場の旋盤に取り付けられていたためです。その後、完成モデルが製作された際には、そのほとんどが垂直ターンテーブルを採用していました。^{[ 25 ]}

興味深い例外の一つは、水平7インチターンテーブルでした。1886年に製造されたものですが、この機械はチチェスター・ベルがヨーロッパに持ち込んだ、それ以前に製造されたものの複製でした。テインダーは1888年7月10日に特許番号385886を取得しました。再生アームは、レコードの取り外しや開始位置への復帰を可能にするために90度の垂直方向の回転運動を除いて固定されています。録音または再生中、レコードは回転するだけでなく、スタイラスの下で横方向に移動して螺旋を描き、1インチあたり150溝を記録しました。^{[ 25 ]}

現存するベルとテインダーのレコードは、横方向カットとエジソンの丘陵谷（上下方向）スタイルの両方のものである。エジソンは長年にわたり、円筒形レコードと円盤形レコードの両方で「丘陵谷」方式を使用しており、エミール・ベルリナーは1887年に横方向カットのグラモフォンレコードを発明したとされている。ボルタの仲間たちは、1881年にはすでに両方のタイプで実験を行っており、テインダーの次の引用からもそれがわかる。^{[ 39 ]}

スミソニアン・パッケージの電気式レコードは、もう一方の形式であり、1857年の古いスコット・フォノトグラフで行われたように、振動が記録材の表面に平行に刻まれ、均一な深さの溝が形成されますが、波状の性質を持ち、垂直タイプのように溝の底ではなく溝の側面がトレースポイントに作用します。この形式をジグザグ形式と名付け、ノートではそのように言及しました。再生針を誘導する上でのその重要な利点は、1881年3月29日のホームノート第1巻9ページのノートで最初に指摘し、初期の研究でそれを使用しようと試みましたが、溝を破らずに柔らかいワックスレコードで機能する再生装置を入手するのに非常に苦労したため、もう一方の形式よりも丘と谷タイプのレコードを頻繁に使用しました。

エジソンの最初の蓄音機特許と1886年のベルとテインダーの特許の基本的な違いは、録音方法にあった。エジソンの方法は錫箔に音波を刻み込むことであったのに対し、ベルとテインダーの発明は鋭利な録音針でオゾケライトワックスレコードに音波を刻み込むことであった。 ^{[ 25 ] [ 40 ]}また、発明プロセスの各段階で、アソシエイツは最もクリアで聞き取りやすい音の再生を実現するために、入手可能な最良の種類の材料を探し求めた。

ベルとテインダーの特許の強さは、アメリカン・グラフォフォン社の訴訟を担当していた法律事務所に所属していたワシントンの特許弁護士STキャメロンが書いた手紙の抜粋で指摘されている。1914年12月8日付の手紙は、米国国立博物館（現在の国立自然史博物館）の機械技術学芸員ジョージ・C・メイナード宛てだった。^{[ 41 ]}

ベルとテインダーの特許第341214号が発行された後、エジソンは間もなく「新しい蓄音機」を発売すると発表したが、実際に発売されたのは、ベルとテインダーの特許第341214号に記載されているレコード、つまりワックスまたはワックス状の素材に刻まれたレコードに他ならなかった。エジソンはこのレコードを常に「インデント付き」レコードと呼ぶことにこだわったが、これはおそらく彼が最初に作った錫箔レコードが「インデント付き」レコードだったからだろう。エジソンは、自身の「新しい蓄音機」がベルとテインダーの特許第341214号を侵害していることを認めざるを得なくなり、ベルとテインダーの特許のライセンスを取得し、そのライセンスに基づいてレコードを製造した。

後期の改良点として、グラフォフォンは、エジソンの当時の蓄音機の設計にあったような上下にうねる溝ではなく、ワックスコーティングされた厚紙の円筒に均一な深さの横方向の「ジグザグ」溝を作るために切削スタイラスを使用した。 ^{[ 25 ] [ 42 ]}

ベルとテインダーは、エジソンの鋳鉄製の円筒（実際の記録媒体である錫箔の取り外し可能なフィルムで覆われており、取り付けや取り外しの際に損傷しやすい）の代わりに、ワックスコーティングされた厚紙製の円筒をレコード用円筒として開発した。^{[ 43 ]}テインダーは、ワックス円筒レコードの基礎となる巻き紙製の筒を自動的に製造する筒組み立て機の特許を別途取得した。

ワックス記録媒体は、扱いやすさが格段に向上しただけでなく、より長時間の録音を可能にし、優れた再生品質を実現しました。^{[ 43 ]}グラフォフォンの設計では、当初は足踏み式のペダルで録音を回転させていましたが、その後、より便利なゼンマイ式の駆動機構に置き換えられ、最終的にはエジソンの蓄音機で使用されていた手動クランクではなく、電動モーターへと移行しました。^{[ 43 ]}数々の改良により、エジソンの機械よりもはるかに優れた音質を実現しました。

他の実験的なグラフォフォンは、驚くべき実験の幅広さを示している。ワックスにレコードを刻む方法は後に商業的に利用されたが、それ以外の方法も少なくとも一度は試されたようだ。^{[ 25 ]}  1881年3月20日水曜日に以下のことが記録された 。

万年筆は、円筒の軸に平行な平面で振動するように振動板に取り付けられている。この万年筆で使用されるインクは、微細な状態の鉄を含んでおり、回転する円筒の周りに螺旋状の線を描くように万年筆が動かされる。円筒は、記録が作成される紙で覆われる。…このインクは、永久磁石によって磁性を持たせることができる。万年筆の代わりに磁石を使用するだけで、音が再現されるはずだった。… ^{[ 25 ]}

磁気再生に関するこれらのアイデアの結果、 1886年5月4日に米国特許第341,287号が付与されました。この特許は「固体物質中のレコードによる磁気作用を介した音の再生」のみを扱っていました。^{[ 25 ]}  

ボルタ研究所の科学者は写真乾板への光学的記録についても実験を行った。^{[ 44 ]}

非磁性、非電気式の手動式テープレコーダーは、 1886年にボルタの協力者2名によって特許取得されました（米国特許341,214）。^{[ 25 ]}テープは、幅3/16インチ（4.8 mm）の紙片を蜜蝋とパラフィンの溶液に浸し、コーティングが固まる前に片面を削ってきれいにしたもので、頑丈な木と金属でできた機械は、フライホイールに固定されたノブによって手動で動かされました。テープは直径8インチ（20 cm）のリールからガイドフランジ付きのプーリーに巻き取られ、そこで録音用または再生用のスタイラスに接触しました。その後、テープは2番目のリールに巻き取られました。音で振動するマイカの振動板によって作動する鋭利な録音用スタイラスが、ワックスコーティングに溝を刻みました。再生モードでは、ゴム製の振動板に取り付けられた鈍い針が、録音された溝の中を転がった。再生された音は、聴診器のようなゴム製の聴診管を通して聞こえた。^{[ 25 ]}  

同じ 2 つの支柱に交互に取り付けられた録音ヘッドと再生ヘッドの位置を調整することで、同じワックスコーティングされたテープに複数の録音を記録できるようにした。この機械は商業的に開発されることはなかったが、全体的な設計が似ている後期の磁気テープ録音機の先駆けとして興味深い。後にスミソニアン博物館の保管庫で調査されたテープは脆くなっており、重い紙のリールは反り返り、機械の再生ヘッドは失われていた。それ以外は、多少の修復を施せば機械は再び動作する状態に戻せる。^{[ 25 ]}

1885年、ボルタ・アソシエイツは多数の実用的な発明があると確信し、特許出願を行い、投資家の募集も開始した。^{[ 25 ]}グラフォフォンについては、1885年と1886年にそれぞれカナダと米国で特許を取得した。グラフォフォンは当初、録音・再生機として業務用に設計された。^{[ 43 ]}バージニア州アレクサンドリアのグラフォフォン社は、1886年1月 6日に設立され 、同年2月 3日に ベルのいとこの一人によって正式に法人化された。同社は、多数の録音・再生発明の特許を管理し、商業開発を行うために設立され、そのうちの1つが最初の録音機「ディクタフォン」となった。^{[ 25 ]}

ボルタ・アソシエイツがワシントン市内で数回のデモン​​ストレーションを行った後、フィラデルフィアの実業家たちが、勃興しつつあった蓄音機市場向けに機械を製造するため、1887年3月28日にアメリカン・グラフォフォン社を設立した。^{[ 9 ]}ボルタ・グラフォフォン社はその後アメリカン・グラフォフォン社と合併し、^{[ 9 ]}アメリカン・グラフォフォン社は後にコロンビア・レコード（ CBSの共同設立者であり、現在はソニー・メディア帝国の一部）へと発展した。^{[ 4 ] [ 16 ]}当時、ベルが受け取った株式交換の分は約20万ドル（アソシエイツ全員が受け取った総額の半分）で、そのうち10万ドルはすぐに新しく設立されたボルタ局の聴覚障害者のための研究および教育プログラムに充てられた。^{[ 40 ]}

アメリカン・グラフォフォン社は、主にワシントンDC地域の投資家グループによって設立されました。その中には、後にコロンビア・グラフォフォン社の社長に就任した弁護士で最高裁判所記者のエドワード・イーストンも含まれていました。コネチカット州ブリッジポートのハウ機械工場（ミシン工場）が、アメリカン・グラフォフォン社の最初の製造工場となりました。テインダーは、重病になる前に製造を監督するために数ヶ月間そこに滞在しましたが、その後、健康が許す限り長年にわたって発明活動を続けました。初期の頃は1日に3、4台の機械を生産できたブリッジポートの小さな工場は、後に後継企業としてディクタフォン社となりました。^{[ 25 ] [ 45 ]}

アメリカン・グラフォフォンの設立後まもなく、ジェシー・H・リッピンコットは、遺産の約100万ドル（現在の貨幣価値で約35,830,000ドル） ^{[ 7 ]}を使って、グラフォフォンとベルおよびテインダーの特許の権利とともに、同社の支配権を獲得した。^{[ 45 ]}その後間もなく、リッピンコットはエジソン・スピーキング・フォノグラフ社を買収し、グラフォフォンとエジソン・スピーキング・フォノグラフの両方の国内販売権を統合するためにノース・アメリカン・フォノグラフ社を設立した。^{[ 45 ]} 1890年代初頭、リッピンコットはグラフォフォンの機械的な問題と速記者の抵抗に苦しめられた。これにより、グラフォフォンの人気は1889年まで遅れ、パシフィック・フォノグラフ社のマネージャーであるルイス・グラスが、スロットにニッケルを入れる「娯楽」シリンダーを宣伝することで再び人気を博すことになる。

ボルタ・アソシエイツの研究は、ワックス録音方式が実用的で、機械が耐久性があったため、ビジネスにおける録音機の成功的な利用の基礎を築きました。しかし、録音産業が家庭娯楽の主要な要素となるには、さらに数年とトーマス・エジソンの新たな努力、エミール・ベルリナーをはじめとする多くの人々のさらなる改良が必要でした。^{[ 25 ]}