Страница:
Между прочим, еще недавно такой переход не казался неизбежным даже при замене «фотохимии» на электронику. До самого последнего времени вполне реальной технической базой электронной фотографии многие фирмы считали также магнитную видеозапись в телевизионном формате, то есть процесс аналоговый. И не просто считали, а выпустили на этой основе вполне работоспособные аппараты.
Путь к современному цифровому фотоаппарату был упорным восхождением по иногда весьма каменистой тропе. Первыми стали устройства с формированием изображений на матрице ПЗС и последующей аналоговой записью на магнитную ленту – по типу видеокамер. Полученные фотокадры копировались затем на специальную видеодискету.
Устройства, создающие и запоминающие изображение в «чисто компьютерном» цифровом формате, были созданы в начале 1990-х годов. В них использовались те же элементы компьютеров типа «лап-топ» и ноутбук. Сделанные в виде прямоугольных пластинок размером с кредитную карточку, с разъемами на торце, они вставляются в специальные порты указанных компьютеров. Кроме дополнительных блоков памяти это могут быть, например, и такие устройства, как факс-модем, жесткий диск, звуковая карта. Неуклонное падение стоимости элементов и устройств цифровой памяти при росте их удельной емкости, удешевление компакт-дисков, быстрый прогресс методов обработки и сжатия видеофайлов и т д. – все это окончательно сделало «базовым» в данной области цифровой прибор – компьютер, а не видеомагнитофон и не телевизор.
Настоящий перелом в цифровой фотографии произошел в августе 1997 года, когда корпорации «Fuijtsu Microelectronics» – «Фуджитцу» и «Sierra Imaging» – «Сьерра» подписали соглашение о совместных разработках в области производства схемотехники для обработки цифровых изображений. По этому соглашению «Футжицу» предоставила свое семейство PISC-процессоров, а «Сьерра» предложила разрабатывать всю «обвязку» – чипсет – «материнскую плату», то есть объединить все необходимые контроллеры, а также средства разработки и предоставить свое программное обеспечение (Image Expert). Кроме того, «Сьерра» взяла на себя обязанности по сбыту, распространению и поддержке этого технического решения.
Совместное соглашение привело к созданию полного аппаратно-программного комплекса для проектирования и реализации цифровых камер. В результате рынок цифровых камер каждый год удваивался и к концу века превысил десять миллионов аппаратов в год.
На тот момент только «Сьерра» предлагала заказчикам единое решение со всеми необходимыми электронными компонентами для создания цифровых камер и продолжает лидировать в этой области до сих пор.
Отныне уже нет сомнений, что популярность цифровых камер будет расти лавинообразно. Точно так же, как в свое время, в 1880-е, после перехода от дорогих, неудобных стеклянных фотопластинок к легкой и дешевой фотопленке начала стремительно завоевывать массы традиционная фотография.
Сегодня цифровая фотокамера не является просто цифровым эквивалентом пленочной. Она может выполнять и другие функции, которых от пленочной камеры даже нельзя было ожидать. Цифровая камера на самом деле больше похожа на медиа-коллектор или мультимедийный носитель информации. Ее можно брать с собой, чтобы фотографировать, записывать звук, движущиеся объекты, даже мысли.
«Приглядитесь повнимательнее к цифровой камере, а еще лучше вскройте и посмотрите, что у нее внутри, – советует в своей статье в «Компьютер-пресс» Олег Татарников, – и вы убедитесь, что она не более фотоаппарат, чем компьютер – печатная машинка. Даже тот фотографический потенциал, который таит в себе банальная цифровая "мыльница", может существенно превышать возможности серьезных пленочных аппаратов. Судите сами – размер даже малоформатного кадра на пленке 24x36 миллиметров существенно превышает размер ПЗС-матриц, а чем больше размер изображения, тем сложнее разработать для него неискажающий объектив достаточной светосилы. Например, большинство ПЗС-матриц любительских цифровых фотоаппаратов имеет диагональ 1/3 дюйма, или 8,5 миллиметра. Следовательно, «нормальным» (то есть эквивалентным 50-миллиметровому объективу пленочных 35-миллиметровых фотоаппаратов) для такой матрицы будет объектив с фокусным расстоянием всего лишь 9 миллиметров. Чтобы такой объектив имел относительное отверстие, например F/2, диаметр линзы должен быть соответственно равен 4,5 миллиметрам, а у 35-миллиметровой фотокамеры – 25 миллиметрам. Поэтому, например, для реализации значительного перепада фокусного расстояния у обычной камеры 35 миллиметров приходится делать сложную оптическую систему с большими и дорогими линзами, а для цифровых камер можно использовать «стандартный» объектив с диаметром 2-4 сантиметра и получить аж 20-кратный Zoom. Чувствуете разницу? А при макросъемке на маленькой матрице с тем же объективом можно получить недостижимую для пленочной фотографии глубину резкости».
Однако, кроме всего этого, цифровые камеры имеют и еще целый ряд возможностей, более характерных для компьютеров, нежели для фотоаппаратов.
Помимо оптической системы цифровая камера имеет достаточно мощный управляющий процессор, чтобы производить, кроме всего прочего, сложный анализ экспозиции и в ничтожные доли секунды принимать решение о режиме съемки, после чего полученное изображение обрабатывается. Быстрая шина данных позволяет стремительно сокращать время готовности к приему следующего кадра. И в этом смысле цифровые фотоаппараты уже догнали, например, видеокамеры и продолжают «сливаться» с ними. Цифровые камеры имеют оперативную память: «впаянную», как на старых компьютерах, или более прогрессивную, внешнюю, на сменных флэш-картах. Их неотъемлемая принадлежность – винчестер или стандартное ATA-устройство, а порой даже флоппи-дисковод, или SCSI-привод. Цифровая камера позволяет создавать собственные программы съемки и обработки изображения. «Звуковая карта», микрофон или динамик дают возможность вести запись речевых комментариев в процессе съемки, которые позднее можно прослушивать при воспроизведении.
Камера не обделена и устройствами связи: внешний интерфейс по быстрым USB, FireWire или SCSI-шинам, наряду с уже ставшими банальными и устаревшими последовательными (RS-232) и параллельными портами (для непосредственной печати на принтерах). Некоторые современные камеры имеют помимо этого еще и инфракрасный порт или даже сетевой интерфейс. Не говоря уже о различных кнопках-джойстиках, в том числе и с легко узнаваемыми названиями.
Для просмотра кадров, отснятых цифровой камерой, есть множество способов. Прежде всего, можно сразу увидеть их на встроенном жидкокристаллическом дисплее. Можно подать информацию на экран телевизора, подключившись к нему через стандартный кабель. Тот же кабель соединит камеру и с видеомагнитофоном, который без всяких проблем перепишет с ее пленки кадры, как обычные телевизионные. Снимки размером с открытку можно распечатать на специальном принтере. Наконец, не остается в стороне и компьютер: изображения можно подать на его порт через отдельный блок.
В общем, действительно цифровая камера – это настоящий мультимедийный компьютер, в котором есть где попробовать свои силы и серьезному программисту, и любителю.
До недавнего времени цифровая камера отставала от обычной лишь по разрешающей способности снимков. На то были объективные причины. Дело в том, что объемы фотофайлов в их изначальном, «сыром» виде очень велики. Чтобы сравняться с кадром 35-миллиметровой пленки, они должны в зависимости от качества светочувствительного слоя содержать до 18 миллионов пикселов (наименьших различимых любыми средствами элементов изображения). Причем каждый пиксел несет отнюдь не один бит информации. Это справедливо только для черно-белого изображения, без всяких полутонов. А для полноценной передачи градаций серого требуется как минимум 8 бит, да еще по столько же на каждый из трех основных цветов. Вот откуда берутся 24, 32 или даже 36 бит на пиксел.
Поэтому оцифрованные кадры с хорошим разрешением и цветопередачей с самого начала были «тяжеловаты» даже для довольно мощных компьютеров, а не только для процессоров цифровых фотокамер. Но ряд достижений последнего времени позволяет решить проблему.
Во-первых, резко возросло быстродействие упомянутых процессоров. Во-вторых, подешевели ПЗС-матрицы высокой плотности, равно как и устройства памяти – и для компьютеров, и для цифровых фотокамер. В итоге аппаратура с высоким разрешением становится доступной широким массам любителей. Наконец, в-третьих, высокими темпами разрабатываются все более быстрые и эффективные алгоритмы сжатия изображений. Так удается в несколько раз сокращать огромные объемы графических файлов и, соответственно, увеличивать число кадров в памяти камеры и убыстрять их перезапись в компьютер. Ну а там уже можно снова разворачивать файлы изображений до полного, первоначального разрешения.
И еще, как оказалось, можно изменить конструкции самой ПЗС-матрицы. В Японии недавно разработали так называемую супер-ССО-матрицу. В отличие от уже привычной прямоугольной структуры расположения фотодиодов, образующих единичный элемент изображения – пиксел, в супер-ПЗС-матрице фотодиоды имеют восьмиугольную форму и располагаются друг относительно друга под углом сорок пять градусов. Благодаря такой «сотовой» структуре фотодиоды стоят ближе друг к другу, то есть увеличилась относительная площадь, занимаемая ими. В результате значительно увеличилась эффективная площадь поверхности, с которой снимается свет. В конечном счете увеличивается чувствительность такой матрицы, то есть повышается уровень сигнала с единицы площади ПЗС-матрицы и, как следствие, снижаются паразитные шумы. По мнению компании-производителя, таким образом, увеличивается эффективная поверхность в 1,6 раза, улучшается цветовоспроизведение и соотношение «сигнал – шум», расширяется динамический диапазон, уменьшается расход энергии, увеличивается чувствительность и разрешение изображений.
Фотография, получаемая с такой супер-ПЗС-матрицы с разрешением в 1,3 мегапиксела, по качеству практически аналогична получаемой с традиционной «квадратной» матрицы с разрешением в 2,1 мегапиксела.
Цифровая камера все еще дороже обычных. Впрочем, в действительности она не так уж и дорога, если учесть ее преимущества. Она экономит время, а расходы по ее обслуживанию, в отличие от пленочной, можно свести практически к нулю. Ведь память цифровой камеры можно использовать многократно, аккумуляторы перезаряжать, а снимки не выводить на бумагу, а хранить только в электронном виде.
Современные часы
Цифровое спутниковое телевидение
Путь к современному цифровому фотоаппарату был упорным восхождением по иногда весьма каменистой тропе. Первыми стали устройства с формированием изображений на матрице ПЗС и последующей аналоговой записью на магнитную ленту – по типу видеокамер. Полученные фотокадры копировались затем на специальную видеодискету.
Устройства, создающие и запоминающие изображение в «чисто компьютерном» цифровом формате, были созданы в начале 1990-х годов. В них использовались те же элементы компьютеров типа «лап-топ» и ноутбук. Сделанные в виде прямоугольных пластинок размером с кредитную карточку, с разъемами на торце, они вставляются в специальные порты указанных компьютеров. Кроме дополнительных блоков памяти это могут быть, например, и такие устройства, как факс-модем, жесткий диск, звуковая карта. Неуклонное падение стоимости элементов и устройств цифровой памяти при росте их удельной емкости, удешевление компакт-дисков, быстрый прогресс методов обработки и сжатия видеофайлов и т д. – все это окончательно сделало «базовым» в данной области цифровой прибор – компьютер, а не видеомагнитофон и не телевизор.
Настоящий перелом в цифровой фотографии произошел в августе 1997 года, когда корпорации «Fuijtsu Microelectronics» – «Фуджитцу» и «Sierra Imaging» – «Сьерра» подписали соглашение о совместных разработках в области производства схемотехники для обработки цифровых изображений. По этому соглашению «Футжицу» предоставила свое семейство PISC-процессоров, а «Сьерра» предложила разрабатывать всю «обвязку» – чипсет – «материнскую плату», то есть объединить все необходимые контроллеры, а также средства разработки и предоставить свое программное обеспечение (Image Expert). Кроме того, «Сьерра» взяла на себя обязанности по сбыту, распространению и поддержке этого технического решения.
Совместное соглашение привело к созданию полного аппаратно-программного комплекса для проектирования и реализации цифровых камер. В результате рынок цифровых камер каждый год удваивался и к концу века превысил десять миллионов аппаратов в год.
На тот момент только «Сьерра» предлагала заказчикам единое решение со всеми необходимыми электронными компонентами для создания цифровых камер и продолжает лидировать в этой области до сих пор.
Отныне уже нет сомнений, что популярность цифровых камер будет расти лавинообразно. Точно так же, как в свое время, в 1880-е, после перехода от дорогих, неудобных стеклянных фотопластинок к легкой и дешевой фотопленке начала стремительно завоевывать массы традиционная фотография.
Сегодня цифровая фотокамера не является просто цифровым эквивалентом пленочной. Она может выполнять и другие функции, которых от пленочной камеры даже нельзя было ожидать. Цифровая камера на самом деле больше похожа на медиа-коллектор или мультимедийный носитель информации. Ее можно брать с собой, чтобы фотографировать, записывать звук, движущиеся объекты, даже мысли.
«Приглядитесь повнимательнее к цифровой камере, а еще лучше вскройте и посмотрите, что у нее внутри, – советует в своей статье в «Компьютер-пресс» Олег Татарников, – и вы убедитесь, что она не более фотоаппарат, чем компьютер – печатная машинка. Даже тот фотографический потенциал, который таит в себе банальная цифровая "мыльница", может существенно превышать возможности серьезных пленочных аппаратов. Судите сами – размер даже малоформатного кадра на пленке 24x36 миллиметров существенно превышает размер ПЗС-матриц, а чем больше размер изображения, тем сложнее разработать для него неискажающий объектив достаточной светосилы. Например, большинство ПЗС-матриц любительских цифровых фотоаппаратов имеет диагональ 1/3 дюйма, или 8,5 миллиметра. Следовательно, «нормальным» (то есть эквивалентным 50-миллиметровому объективу пленочных 35-миллиметровых фотоаппаратов) для такой матрицы будет объектив с фокусным расстоянием всего лишь 9 миллиметров. Чтобы такой объектив имел относительное отверстие, например F/2, диаметр линзы должен быть соответственно равен 4,5 миллиметрам, а у 35-миллиметровой фотокамеры – 25 миллиметрам. Поэтому, например, для реализации значительного перепада фокусного расстояния у обычной камеры 35 миллиметров приходится делать сложную оптическую систему с большими и дорогими линзами, а для цифровых камер можно использовать «стандартный» объектив с диаметром 2-4 сантиметра и получить аж 20-кратный Zoom. Чувствуете разницу? А при макросъемке на маленькой матрице с тем же объективом можно получить недостижимую для пленочной фотографии глубину резкости».
Однако, кроме всего этого, цифровые камеры имеют и еще целый ряд возможностей, более характерных для компьютеров, нежели для фотоаппаратов.
Помимо оптической системы цифровая камера имеет достаточно мощный управляющий процессор, чтобы производить, кроме всего прочего, сложный анализ экспозиции и в ничтожные доли секунды принимать решение о режиме съемки, после чего полученное изображение обрабатывается. Быстрая шина данных позволяет стремительно сокращать время готовности к приему следующего кадра. И в этом смысле цифровые фотоаппараты уже догнали, например, видеокамеры и продолжают «сливаться» с ними. Цифровые камеры имеют оперативную память: «впаянную», как на старых компьютерах, или более прогрессивную, внешнюю, на сменных флэш-картах. Их неотъемлемая принадлежность – винчестер или стандартное ATA-устройство, а порой даже флоппи-дисковод, или SCSI-привод. Цифровая камера позволяет создавать собственные программы съемки и обработки изображения. «Звуковая карта», микрофон или динамик дают возможность вести запись речевых комментариев в процессе съемки, которые позднее можно прослушивать при воспроизведении.
Камера не обделена и устройствами связи: внешний интерфейс по быстрым USB, FireWire или SCSI-шинам, наряду с уже ставшими банальными и устаревшими последовательными (RS-232) и параллельными портами (для непосредственной печати на принтерах). Некоторые современные камеры имеют помимо этого еще и инфракрасный порт или даже сетевой интерфейс. Не говоря уже о различных кнопках-джойстиках, в том числе и с легко узнаваемыми названиями.
Для просмотра кадров, отснятых цифровой камерой, есть множество способов. Прежде всего, можно сразу увидеть их на встроенном жидкокристаллическом дисплее. Можно подать информацию на экран телевизора, подключившись к нему через стандартный кабель. Тот же кабель соединит камеру и с видеомагнитофоном, который без всяких проблем перепишет с ее пленки кадры, как обычные телевизионные. Снимки размером с открытку можно распечатать на специальном принтере. Наконец, не остается в стороне и компьютер: изображения можно подать на его порт через отдельный блок.
В общем, действительно цифровая камера – это настоящий мультимедийный компьютер, в котором есть где попробовать свои силы и серьезному программисту, и любителю.
До недавнего времени цифровая камера отставала от обычной лишь по разрешающей способности снимков. На то были объективные причины. Дело в том, что объемы фотофайлов в их изначальном, «сыром» виде очень велики. Чтобы сравняться с кадром 35-миллиметровой пленки, они должны в зависимости от качества светочувствительного слоя содержать до 18 миллионов пикселов (наименьших различимых любыми средствами элементов изображения). Причем каждый пиксел несет отнюдь не один бит информации. Это справедливо только для черно-белого изображения, без всяких полутонов. А для полноценной передачи градаций серого требуется как минимум 8 бит, да еще по столько же на каждый из трех основных цветов. Вот откуда берутся 24, 32 или даже 36 бит на пиксел.
Поэтому оцифрованные кадры с хорошим разрешением и цветопередачей с самого начала были «тяжеловаты» даже для довольно мощных компьютеров, а не только для процессоров цифровых фотокамер. Но ряд достижений последнего времени позволяет решить проблему.
Во-первых, резко возросло быстродействие упомянутых процессоров. Во-вторых, подешевели ПЗС-матрицы высокой плотности, равно как и устройства памяти – и для компьютеров, и для цифровых фотокамер. В итоге аппаратура с высоким разрешением становится доступной широким массам любителей. Наконец, в-третьих, высокими темпами разрабатываются все более быстрые и эффективные алгоритмы сжатия изображений. Так удается в несколько раз сокращать огромные объемы графических файлов и, соответственно, увеличивать число кадров в памяти камеры и убыстрять их перезапись в компьютер. Ну а там уже можно снова разворачивать файлы изображений до полного, первоначального разрешения.
И еще, как оказалось, можно изменить конструкции самой ПЗС-матрицы. В Японии недавно разработали так называемую супер-ССО-матрицу. В отличие от уже привычной прямоугольной структуры расположения фотодиодов, образующих единичный элемент изображения – пиксел, в супер-ПЗС-матрице фотодиоды имеют восьмиугольную форму и располагаются друг относительно друга под углом сорок пять градусов. Благодаря такой «сотовой» структуре фотодиоды стоят ближе друг к другу, то есть увеличилась относительная площадь, занимаемая ими. В результате значительно увеличилась эффективная площадь поверхности, с которой снимается свет. В конечном счете увеличивается чувствительность такой матрицы, то есть повышается уровень сигнала с единицы площади ПЗС-матрицы и, как следствие, снижаются паразитные шумы. По мнению компании-производителя, таким образом, увеличивается эффективная поверхность в 1,6 раза, улучшается цветовоспроизведение и соотношение «сигнал – шум», расширяется динамический диапазон, уменьшается расход энергии, увеличивается чувствительность и разрешение изображений.
Фотография, получаемая с такой супер-ПЗС-матрицы с разрешением в 1,3 мегапиксела, по качеству практически аналогична получаемой с традиционной «квадратной» матрицы с разрешением в 2,1 мегапиксела.
Цифровая камера все еще дороже обычных. Впрочем, в действительности она не так уж и дорога, если учесть ее преимущества. Она экономит время, а расходы по ее обслуживанию, в отличие от пленочной, можно свести практически к нулю. Ведь память цифровой камеры можно использовать многократно, аккумуляторы перезаряжать, а снимки не выводить на бумагу, а хранить только в электронном виде.
Современные часы
Время быстротечно. Чтобы уловить его ритм, человек придумал часы. Солнечные, лунные и звездные часы – механизм их подсказан самой природой, – на Востоке знали уже в глубокой древности. В V веке до нашей эры с ними познакомились греки, а два столетия спустя – римляне. Но пользоваться природными часами можно было лишь в ясную погоду. Тогда на помощь пришли водяные, огненные и песочные часы.
На рубеже XII-XIII веков появились часы механические. Имя изобретателя неизвестно, но придуманная им конструкция механизма в основных деталях сохранилась до нашего времени – достойный памятник неизвестному гению.
Первые колесные башенные часы начали отмерять почасовым боем время лондонцев на башне Вестминстерского аббатства в 1288 году, а в России они зазвонили на Спасской башне в 1404 году по указу сына Дмитрия Донского великого князя Василия Дмитриевича.
В XV веке часы с гирями украшали интерьеры дворцов, а изобретение пружины в начале XVI века в Нюрнберге позволило заключать механизм в корпус любой формы.
Ко второй половине XV века относятся самые первые упоминания об изготовлении часов с пружинным двигателем, который открыл путь к созданию миниатюрных часов. Источником движущей энергии в пружинных часах служила заведенная и стремящаяся развернуться пружина, которая представляла собой эластичную, тщательным образом закаленную стальную ленту, свернутую вокруг вала внутри барабана. Внешний конец пружины закреплялся за крючок в стенке барабана, внутренний – соединялся с валом барабана. Стремясь развернуться, пружина приводила во вращение барабан и связанное с ним зубчатое колесо, которое, в свою очередь, передавало это движение системе зубчатых колес до регулятора включительно. Конструируя такие часы, мастера должны были решить несколько сложных технических задач. Главная из них касалась работы самого двигателя. Ведь для правильного хода часов пружина должна на протяжении длительного времени воздействовать на колесный механизм с одной и той же силой. Для этого необходимо заставить ее разворачиваться медленно и равномерно. Толчком к созданию пружинных часов послужило изобретение запора, не позволявшего пружине распрямляться сразу. Он представлял собой маленькую щеколду, помещавшуюся в зубья колес и позволявшую пружине раскручиваться так, что одновременно поворачивался весь ее корпус, а вместе с ним – колеса часового механизма. Так как пружина имеет неодинаковую силу упругости на разных стадиях своего разворачивания, первым часовщикам приходилось прибегать к различным хитроумным ухищрениям, чтобы сделать ее ход более равномерным. Позже, когда научились изготовлять высококачественную сталь для часовых пружин, в них необходимость отпала.
Сейчас в недорогих часах пружину просто делают достаточно длинной, рассчитанной примерно на 30-36 часов работы, но при этом рекомендуют заводить часы раз в сутки в одно и то же время. Специальное приспособление мешает пружине при заводе свернуться до конца. В результате ход пружины используется только в средней части, когда сила ее упругости более равномерна.
Изобретателем современных механических часов по праву считается нидерландский ученый Х. Гюйгенс, который в 1657 году применил маятник в качестве регулятора хода часов.
Позднее маятник сменился балансом – маленьким маховым колесом, которое колеблется около положения равновесия, вращаясь, то в одну, то в другую сторону. Так появились карманные, а потом и наручные часы.
Индивидуальные часы в XVI и в начале XVII века были редкостью, диковинкой, их изготавливали по индивидуальному заказу только очень состоятельных людей.
Привычная круглая или «луковичная» форма часового корпуса характерна для второй половины XVII века. В более раннее время были популярны часы-игрушки, оформленные в виде шара, креста, раковины или книжечки. Основные центры часового дела – Блуа, Париж, Лондон, Амстердам.
Нередко корпус имел восьмигранную форму и выполнялся из прозрачного материала. Это мог быть горный хрусталь, аметист, дымчатый топаз разных оттенков. Прозрачный граненый корпус позволяет наблюдать движение мельчайших деталей механизма. Циферблатного стекла еще не знали, и циферблат закрывала крышка, иногда прозрачная, иногда с прорезным орнаментом.
Нам с нашей привычкой торопиться было бы трудно точно определить время по таким часам. Ведь у них только одна часовая стрелка. Минутная появилась лишь во второй половине XVII века.
Впрочем, подобные часы предназначались не только для измерения времени. Они были предметом роскоши, украшением костюма. Их весьма условно можно назвать карманными. Такие часы подвешивали на цепи, носили на шее. В России их называли «воротными», от слова «ворот».
В XVI-XVII веках интерьерные и индивидуальные часы привозили в Россию иноземные купцы, а государям они часто доставались в качестве посольских даров. Особо ценились те, что «чудные хитростию и искусством работы».
В XIX столетии в Швейцарии появились ставшие позднее знаменитыми часовые фирмы, например «Патек Филипп». Сегодня она принадлежит к немногочисленной «высшей лиге» швейцарских часовых фирм, более того – даже в этом узком элитарном кругу она умудрилась выделиться особо.
У истоков основанной в 1839 году фирмы стояли, как это ни парадоксально звучит, два славянина – поляки Антон Норберт Патек де Правджич и Франц Чапек. Первый был офицером-аристократом, бежавшим в Швейцарию после подавления Николаем I польского восстания; второй – часовщиком, также эмигрировавшим из Польши.
Начав со сборки часов из покупных механизмов и корпусов собственной разработки, «Патек Филипп» со временем добилась мирового признания, разработав шедевры часовой механики. Среди заказчиков фирмы в середине XIX века были королевские дворы всей Европы, а один из клиентов – римский папа Лев XIII, проникшись уважением к изделиям фирмы, даже удостоил Патека графского титула.
Практически все великие марки не избежали кризисов, и «Патек Филипп» не стала исключением. В 1930-е годы финансовые проблемы поставили фирму на грань выживания, а спасли ее новые хозяева – семья Штерн, которой она и принадлежит по сей день. Нынешний президент «Патек Филипп» Филипп Штерн является представителем уже третьего поколения владельцев марки.
К швейцарским классикам принято относить фирмы, обладающие полным производственным циклом. Это фирмы, самостоятельно производящие часовые корпуса, механизмы, окончательную сборку, а также имеющие свои традиции и более чем столетнюю историю. Стоит добавить, что «Патек Филипп» до сих пор является мануфактурой, существующей абсолютно автономно от каких-либо финансовых или отраслевых холдингов, что на фоне почти повального поглощения концернами именитых часовых марок тоже само по себе уникально.
«Патек Филипп» производит не более двадцати тысяч часов в год, а минимальная цена на изделия этой фирмы 5-6 тысяч долларов. Производственная программа «Патек Филипп» довольно разнообразна и редко подвергается коррекциям. Основу производства составляют коллекции «Калатрава», «Эллипс», «Наутилус».
На примере последней коллекции можно рассмотреть «классическое» направление в производстве часов. Как пишет в журнале «Компания» Юрий Хнычкин: «Коллекция «Наутилус» обязана своим названием характерной форме сглаженного восьмиугольника ободка корпуса, копирующей судовой иллюминатор. Эта деталь – характернейшая для «Наутилуса» – не только придает часам совершенно особую форму, что облегчает визуальное опознавание модели, но интересна еще и тем, что ободок объединен в одно целое с корпусом: весь корпус «Наутилуса» (разумеется, кроме задней крышки) выполняется из цельного бруска стали или золота и не имеет соединений (подобной конструкцией обладают знаменитые "Rolex Oyster", но справедливости ради надо отметить, что у «Rolex» в силу особенностей конструкции имеется вращающийся ободок, выполненный, естественно, отдельно от корпуса). Прелесть такого корпуса в том, что он позволяет добиться стопроцентной защищенности механизма. Другая особенность "Наутилуса", выдающая модель, что называется, с головой, – чередование шлифованных больших и полированных центральных звеньев на браслете (эта черта отсутствует у моделей, выполненных на ремешке). «Наутилус» – часы отчетливо выраженного спортивного стиля. Механизм обычно с автоматическим заводом, у женских моделей – кварцевый. Водонепроницаемость гарантирована до глубины 120 метров, для моделей с кварцевым механизмом – до 60 метров. Корпус выполняется из желтого или белого золота, стали и даже платины, может быть декорирован бриллиантами. Несмотря на кажущуюся массивность, «Наутилус» очень элегантен и отличается не слишком большой толщиной корпуса (около 8 миллиметров). В качестве «опции» предлагается модель с индикатором запаса хода – дополнительным малым циферблатом, указывающим, на сколько еще хватит завода пружины. При этом индикатор лишен обычных для такой функции цифровых обозначений, перегружающих и без того небольшой циферблат, а указывает запас хода лишь схематично – наподобие указателя уровня топлива в баке автомобиля».
В лучших механических часах в наши дни неточность хода очень мала: не более 0,0001 секунды за сутки. Но изобретатели продолжали добиваться большей точности часов. На смену механическим часам пришли электронные. Взамен колебаний маятника или баланса стали использовать, например, упругие колебания кристалла кварца. Если к противоположным поверхностям кварцевой пластинки подвести переменный электрический ток, кристалл начнет совершать колебания, причем частота колебаний кварца отличается постоянством. Это позволило создать очень точные кварцевые электронные часы, в которых радиотехнический генератор вырабатывает ток высокой частоты, а кварцевый кристалл играет роль маятника, поддерживая строгое постоянство колебаний тока. Функции «шестерен» выполняют различные электронные схемы. Проходя через них, ток преобразуется и подводится к электродвигателю, который и вращает стрелки часов. Стабильность частоты колебаний обеспечивает равномерность движения стрелок и погрешность не более 1 мкс.
Тем не менее даже кварцевые часы имеют существенные недостатки. Главные из них – зависимость колебаний кварца от температуры окружающей среды и изменение частоты колебаний с течением времени.
Представителем направления, которое можно назвать хай-тек, является японская фирма «Касио», которой удалось создать в наручных часах записную книжку и даже инфракрасный пульт дистанционного управления, но и это уже стало достоянием истории. Последний же писк моды – наручный проигрыватель музыкальных файлов формата MP3. Он впервые интегрирован в модель Casio WMP-1V. В роли интегрированного носителя выступает флэш-карточка. Плейер вмещает 33 минуты цифровой музыки наилучшего качества. На передней панели музыкальных часов расположено 6 клавиш управления плейером. Емкости литиевого аккумулятора хватает на 4 часа воспроизведения. Столько же времени занимает и его полная зарядка. Для загрузки новых файлов часы подключаются к персональному компьютеру. Скорость загрузки данных – 70 секунд на четырехминутный MP3-файл. В комплект поставки входят программное обеспечение для синхронизации с ПК, зарядное устройство, стереонаушники и блок питания. Музыкальные часы компактными не назовешь, они выполнены в «спортивном» стиле. Но весят не много – всего 70 граммов.
Другие интеллектуальные часы той же фирмы содержат встроенный органайзер, записи которого синхронизируются с настольными или карманными компьютерами. Часы оборудованы специальным 4-разрядным процессором, имеют 24 Кбайт памяти, информативный дисплей с графическим, разрешение которого 48x10 пикселов, и цифровым с 12 символами-полями. Органайзер часов можно назвать достаточно емким. В частности, «Ежедневник» рассчитан на 340 записей, «Контакты» – до 100 записей, «Дела» – до 340 записей и, наконец, «Блокнот» может сохранять до 8100 символов. Синхронизация часов с компьютерами производится по инфракрасному интерфейсу на дистанции до 20 сантиметров. Часы достаточно компактны – всего 5x3,7x1,3 сантиметров.
Но и это не последнее чудо. «Касио» удалось встроить в часы наручную цифровую камеру. Крохотная CMOS-матрица обеспечивает разрешение 28800 пикселов. Реальные размеры снимка – 20x20 миллиметров, 120x120 точек. Конечно, такой снимок для домашнего альбома не подойдет. Однако задача такой камеры – быть всегда под рукой и сфотографировать не для выставки, а для дела. Возможностей малютки вполне хватит для того, чтобы, например, сфотографировать телефонный номер с настенного объявления. Передача данных ведется по инфракрасному интерфейсу. Кстати, любой снимок можно сразу подписать – 24 знакоместа для этого вполне достаточно, а потом отправить не только на компьютер, но и на другие часы «Casio Wrist Camera». Вес наручных часов-фотоаппарата – 32 грамма. Пользоваться ими предельно просто: дисплей часов переводится в режим цифрового видоискателя и остается лишь нажать на большую кнопку затвора.
В борьбе за точность ученые создали молекулярные часы, в которых используют способность определенных молекул поглощать и излучать электромагнитные колебания строго определенной частоты. Еще более точными «хранителями времени» оказались атомы некоторых элементов, например цезия. Неточность хода атомных цезиевых часов составляет 1 секунду за 10000 лет. Но и этот показатель удалось превзойти с помощью квантовых часов, в которых используются электромагнитные колебания водородного квантового генератора. Неточность таких часов – 1 секунда за 100000 лет!
Существуют и так называемые радиоактивные часы. С их помощью ученые измеряют очень большие промежутки времени – тысячи, сотни тысяч и даже миллионы лет. Например, возраст археологической находки или какой-нибудь горной породы. Принцип измерения основан на законе радиоактивного распада ядер химических элементов. Различные элементы распадаются с разной скоростью. Например, период полураспада (количество атомов уменьшается вдвое) урана-238 равен 4,5 миллиарда лет, урана-235 – 700 миллионам лет, а углерода-14 – «всего» 5500 лет. Сравнивая соотношение тех или иных элементов в изучаемом образце со скоростями их распада, ученые могут определить возраст исследуемого объекта в интервале от сотен до миллиардов лет.
На рубеже XII-XIII веков появились часы механические. Имя изобретателя неизвестно, но придуманная им конструкция механизма в основных деталях сохранилась до нашего времени – достойный памятник неизвестному гению.
Первые колесные башенные часы начали отмерять почасовым боем время лондонцев на башне Вестминстерского аббатства в 1288 году, а в России они зазвонили на Спасской башне в 1404 году по указу сына Дмитрия Донского великого князя Василия Дмитриевича.
В XV веке часы с гирями украшали интерьеры дворцов, а изобретение пружины в начале XVI века в Нюрнберге позволило заключать механизм в корпус любой формы.
Ко второй половине XV века относятся самые первые упоминания об изготовлении часов с пружинным двигателем, который открыл путь к созданию миниатюрных часов. Источником движущей энергии в пружинных часах служила заведенная и стремящаяся развернуться пружина, которая представляла собой эластичную, тщательным образом закаленную стальную ленту, свернутую вокруг вала внутри барабана. Внешний конец пружины закреплялся за крючок в стенке барабана, внутренний – соединялся с валом барабана. Стремясь развернуться, пружина приводила во вращение барабан и связанное с ним зубчатое колесо, которое, в свою очередь, передавало это движение системе зубчатых колес до регулятора включительно. Конструируя такие часы, мастера должны были решить несколько сложных технических задач. Главная из них касалась работы самого двигателя. Ведь для правильного хода часов пружина должна на протяжении длительного времени воздействовать на колесный механизм с одной и той же силой. Для этого необходимо заставить ее разворачиваться медленно и равномерно. Толчком к созданию пружинных часов послужило изобретение запора, не позволявшего пружине распрямляться сразу. Он представлял собой маленькую щеколду, помещавшуюся в зубья колес и позволявшую пружине раскручиваться так, что одновременно поворачивался весь ее корпус, а вместе с ним – колеса часового механизма. Так как пружина имеет неодинаковую силу упругости на разных стадиях своего разворачивания, первым часовщикам приходилось прибегать к различным хитроумным ухищрениям, чтобы сделать ее ход более равномерным. Позже, когда научились изготовлять высококачественную сталь для часовых пружин, в них необходимость отпала.
Сейчас в недорогих часах пружину просто делают достаточно длинной, рассчитанной примерно на 30-36 часов работы, но при этом рекомендуют заводить часы раз в сутки в одно и то же время. Специальное приспособление мешает пружине при заводе свернуться до конца. В результате ход пружины используется только в средней части, когда сила ее упругости более равномерна.
Изобретателем современных механических часов по праву считается нидерландский ученый Х. Гюйгенс, который в 1657 году применил маятник в качестве регулятора хода часов.
Позднее маятник сменился балансом – маленьким маховым колесом, которое колеблется около положения равновесия, вращаясь, то в одну, то в другую сторону. Так появились карманные, а потом и наручные часы.
Индивидуальные часы в XVI и в начале XVII века были редкостью, диковинкой, их изготавливали по индивидуальному заказу только очень состоятельных людей.
Привычная круглая или «луковичная» форма часового корпуса характерна для второй половины XVII века. В более раннее время были популярны часы-игрушки, оформленные в виде шара, креста, раковины или книжечки. Основные центры часового дела – Блуа, Париж, Лондон, Амстердам.
Нередко корпус имел восьмигранную форму и выполнялся из прозрачного материала. Это мог быть горный хрусталь, аметист, дымчатый топаз разных оттенков. Прозрачный граненый корпус позволяет наблюдать движение мельчайших деталей механизма. Циферблатного стекла еще не знали, и циферблат закрывала крышка, иногда прозрачная, иногда с прорезным орнаментом.
Нам с нашей привычкой торопиться было бы трудно точно определить время по таким часам. Ведь у них только одна часовая стрелка. Минутная появилась лишь во второй половине XVII века.
Впрочем, подобные часы предназначались не только для измерения времени. Они были предметом роскоши, украшением костюма. Их весьма условно можно назвать карманными. Такие часы подвешивали на цепи, носили на шее. В России их называли «воротными», от слова «ворот».
В XVI-XVII веках интерьерные и индивидуальные часы привозили в Россию иноземные купцы, а государям они часто доставались в качестве посольских даров. Особо ценились те, что «чудные хитростию и искусством работы».
В XIX столетии в Швейцарии появились ставшие позднее знаменитыми часовые фирмы, например «Патек Филипп». Сегодня она принадлежит к немногочисленной «высшей лиге» швейцарских часовых фирм, более того – даже в этом узком элитарном кругу она умудрилась выделиться особо.
У истоков основанной в 1839 году фирмы стояли, как это ни парадоксально звучит, два славянина – поляки Антон Норберт Патек де Правджич и Франц Чапек. Первый был офицером-аристократом, бежавшим в Швейцарию после подавления Николаем I польского восстания; второй – часовщиком, также эмигрировавшим из Польши.
Начав со сборки часов из покупных механизмов и корпусов собственной разработки, «Патек Филипп» со временем добилась мирового признания, разработав шедевры часовой механики. Среди заказчиков фирмы в середине XIX века были королевские дворы всей Европы, а один из клиентов – римский папа Лев XIII, проникшись уважением к изделиям фирмы, даже удостоил Патека графского титула.
Практически все великие марки не избежали кризисов, и «Патек Филипп» не стала исключением. В 1930-е годы финансовые проблемы поставили фирму на грань выживания, а спасли ее новые хозяева – семья Штерн, которой она и принадлежит по сей день. Нынешний президент «Патек Филипп» Филипп Штерн является представителем уже третьего поколения владельцев марки.
К швейцарским классикам принято относить фирмы, обладающие полным производственным циклом. Это фирмы, самостоятельно производящие часовые корпуса, механизмы, окончательную сборку, а также имеющие свои традиции и более чем столетнюю историю. Стоит добавить, что «Патек Филипп» до сих пор является мануфактурой, существующей абсолютно автономно от каких-либо финансовых или отраслевых холдингов, что на фоне почти повального поглощения концернами именитых часовых марок тоже само по себе уникально.
«Патек Филипп» производит не более двадцати тысяч часов в год, а минимальная цена на изделия этой фирмы 5-6 тысяч долларов. Производственная программа «Патек Филипп» довольно разнообразна и редко подвергается коррекциям. Основу производства составляют коллекции «Калатрава», «Эллипс», «Наутилус».
На примере последней коллекции можно рассмотреть «классическое» направление в производстве часов. Как пишет в журнале «Компания» Юрий Хнычкин: «Коллекция «Наутилус» обязана своим названием характерной форме сглаженного восьмиугольника ободка корпуса, копирующей судовой иллюминатор. Эта деталь – характернейшая для «Наутилуса» – не только придает часам совершенно особую форму, что облегчает визуальное опознавание модели, но интересна еще и тем, что ободок объединен в одно целое с корпусом: весь корпус «Наутилуса» (разумеется, кроме задней крышки) выполняется из цельного бруска стали или золота и не имеет соединений (подобной конструкцией обладают знаменитые "Rolex Oyster", но справедливости ради надо отметить, что у «Rolex» в силу особенностей конструкции имеется вращающийся ободок, выполненный, естественно, отдельно от корпуса). Прелесть такого корпуса в том, что он позволяет добиться стопроцентной защищенности механизма. Другая особенность "Наутилуса", выдающая модель, что называется, с головой, – чередование шлифованных больших и полированных центральных звеньев на браслете (эта черта отсутствует у моделей, выполненных на ремешке). «Наутилус» – часы отчетливо выраженного спортивного стиля. Механизм обычно с автоматическим заводом, у женских моделей – кварцевый. Водонепроницаемость гарантирована до глубины 120 метров, для моделей с кварцевым механизмом – до 60 метров. Корпус выполняется из желтого или белого золота, стали и даже платины, может быть декорирован бриллиантами. Несмотря на кажущуюся массивность, «Наутилус» очень элегантен и отличается не слишком большой толщиной корпуса (около 8 миллиметров). В качестве «опции» предлагается модель с индикатором запаса хода – дополнительным малым циферблатом, указывающим, на сколько еще хватит завода пружины. При этом индикатор лишен обычных для такой функции цифровых обозначений, перегружающих и без того небольшой циферблат, а указывает запас хода лишь схематично – наподобие указателя уровня топлива в баке автомобиля».
В лучших механических часах в наши дни неточность хода очень мала: не более 0,0001 секунды за сутки. Но изобретатели продолжали добиваться большей точности часов. На смену механическим часам пришли электронные. Взамен колебаний маятника или баланса стали использовать, например, упругие колебания кристалла кварца. Если к противоположным поверхностям кварцевой пластинки подвести переменный электрический ток, кристалл начнет совершать колебания, причем частота колебаний кварца отличается постоянством. Это позволило создать очень точные кварцевые электронные часы, в которых радиотехнический генератор вырабатывает ток высокой частоты, а кварцевый кристалл играет роль маятника, поддерживая строгое постоянство колебаний тока. Функции «шестерен» выполняют различные электронные схемы. Проходя через них, ток преобразуется и подводится к электродвигателю, который и вращает стрелки часов. Стабильность частоты колебаний обеспечивает равномерность движения стрелок и погрешность не более 1 мкс.
Тем не менее даже кварцевые часы имеют существенные недостатки. Главные из них – зависимость колебаний кварца от температуры окружающей среды и изменение частоты колебаний с течением времени.
Представителем направления, которое можно назвать хай-тек, является японская фирма «Касио», которой удалось создать в наручных часах записную книжку и даже инфракрасный пульт дистанционного управления, но и это уже стало достоянием истории. Последний же писк моды – наручный проигрыватель музыкальных файлов формата MP3. Он впервые интегрирован в модель Casio WMP-1V. В роли интегрированного носителя выступает флэш-карточка. Плейер вмещает 33 минуты цифровой музыки наилучшего качества. На передней панели музыкальных часов расположено 6 клавиш управления плейером. Емкости литиевого аккумулятора хватает на 4 часа воспроизведения. Столько же времени занимает и его полная зарядка. Для загрузки новых файлов часы подключаются к персональному компьютеру. Скорость загрузки данных – 70 секунд на четырехминутный MP3-файл. В комплект поставки входят программное обеспечение для синхронизации с ПК, зарядное устройство, стереонаушники и блок питания. Музыкальные часы компактными не назовешь, они выполнены в «спортивном» стиле. Но весят не много – всего 70 граммов.
Другие интеллектуальные часы той же фирмы содержат встроенный органайзер, записи которого синхронизируются с настольными или карманными компьютерами. Часы оборудованы специальным 4-разрядным процессором, имеют 24 Кбайт памяти, информативный дисплей с графическим, разрешение которого 48x10 пикселов, и цифровым с 12 символами-полями. Органайзер часов можно назвать достаточно емким. В частности, «Ежедневник» рассчитан на 340 записей, «Контакты» – до 100 записей, «Дела» – до 340 записей и, наконец, «Блокнот» может сохранять до 8100 символов. Синхронизация часов с компьютерами производится по инфракрасному интерфейсу на дистанции до 20 сантиметров. Часы достаточно компактны – всего 5x3,7x1,3 сантиметров.
Но и это не последнее чудо. «Касио» удалось встроить в часы наручную цифровую камеру. Крохотная CMOS-матрица обеспечивает разрешение 28800 пикселов. Реальные размеры снимка – 20x20 миллиметров, 120x120 точек. Конечно, такой снимок для домашнего альбома не подойдет. Однако задача такой камеры – быть всегда под рукой и сфотографировать не для выставки, а для дела. Возможностей малютки вполне хватит для того, чтобы, например, сфотографировать телефонный номер с настенного объявления. Передача данных ведется по инфракрасному интерфейсу. Кстати, любой снимок можно сразу подписать – 24 знакоместа для этого вполне достаточно, а потом отправить не только на компьютер, но и на другие часы «Casio Wrist Camera». Вес наручных часов-фотоаппарата – 32 грамма. Пользоваться ими предельно просто: дисплей часов переводится в режим цифрового видоискателя и остается лишь нажать на большую кнопку затвора.
В борьбе за точность ученые создали молекулярные часы, в которых используют способность определенных молекул поглощать и излучать электромагнитные колебания строго определенной частоты. Еще более точными «хранителями времени» оказались атомы некоторых элементов, например цезия. Неточность хода атомных цезиевых часов составляет 1 секунду за 10000 лет. Но и этот показатель удалось превзойти с помощью квантовых часов, в которых используются электромагнитные колебания водородного квантового генератора. Неточность таких часов – 1 секунда за 100000 лет!
Существуют и так называемые радиоактивные часы. С их помощью ученые измеряют очень большие промежутки времени – тысячи, сотни тысяч и даже миллионы лет. Например, возраст археологической находки или какой-нибудь горной породы. Принцип измерения основан на законе радиоактивного распада ядер химических элементов. Различные элементы распадаются с разной скоростью. Например, период полураспада (количество атомов уменьшается вдвое) урана-238 равен 4,5 миллиарда лет, урана-235 – 700 миллионам лет, а углерода-14 – «всего» 5500 лет. Сравнивая соотношение тех или иных элементов в изучаемом образце со скоростями их распада, ученые могут определить возраст исследуемого объекта в интервале от сотен до миллиардов лет.
Цифровое спутниковое телевидение
Передача информации на большие расстояния была и остается одним из самых важных с практической точки зрения применений искусственных спутников Земли. На первом специализированном связном американском спутнике в 1963 году был передатчик мощностью всего в 5 ватт и ненаправленная передающая антенна. Оттого на Земле сигналы спутника удавалось принимать только специальной антенной размером около тридцати метров. Чтобы выделять слабый сигнал на фоне шумов, на входе наземного приемника пришлось установить сложный и дорогой квантовый усилитель, охлаждаемый жидким гелием.