Механізми зору та мови: Як пластикові іграшки імітують звуки тварин

1

Кожна дитина в Америці виросла на грі з See’n Say®. Вона видає звуки, коли ви тягнете за язичок. Без батарейок. Без кнопок, які можна зламати. Лише механічний шум.

Класичні моделі засновані на простому механізмі з шнурком, що тягнеться. Остання версія використовує принцип важеля, але результат той самий. Направте селектор на картинку. Тягнете. Іграшка каже.

Я бачив, як ці іграшки виживають у ситуаціях, для яких вони ніколи не призначалися. Впали у ванну? Нічого не страшного. Впали з бетонних сходів? Досі працює. Ви неодноразово кидали його на тверду терасу? Жодних проблем. Вони практично неруйнівні. Вони вже вічність.

Але чи замислювалися ви колись про дизайн?

Це звучить як магія, але це фізика. Як шматок пластику може містити 26 різних фраз? Як він може видавати звук, не використовуючи жодного джоуля електричної енергії?

Давайте розберемо механізм звуку See ‘n Say, щоб зрозуміти, як саме він працює. Це диво аналогового дизайну. Таємниця розкрита.

Історія

See’n Say був представлений у 1964 році компанією Milton Bradley. Його розробила людина на ім’я Ед Крал. Мета була проста: створити іграшку, яка навчає дітей тваринам та їх звукам. Але вона має бути дешевою. Міцний. І без батарейок.

До See’n Say іграшки вимагали електрики. Або були статичними. Ця іграшка інша. Вона інтерактивна. І вона покладається на хитре використання запасеної енергії.

Ключом є механізм з шнурком, що тягнеться. Коли ви тягнете шнурок, ви закручує пружину всередині іграшки. Ця пружина накопичує потенційну енергію. Коли ви відпускаєте шнурок, пружина розкручується. Це розкручування надає руху системі шестерень. Шестерні обертають циліндр. На циліндрі є бугорки, що виступають. Ці горбки називаються кулачками.

У міру обертання циліндра кулачки натискають на пластину тростини. Платівка вібрує. Ця вібрація створює звук. Але як вона вибирає який звук відтворити?

Тут у гру вступає диск. Диск з’єднаний із циліндром. Коли ви повертаєте диск, інший набір кулачків вирівнюється щодо очеретяної платівки. Кожен набір кулачків відповідає певній фразі.

Вираз «корова мукає» закодовано у формі кулачка. Форма визначає час і висоту вібрації очеретяної платівки. Це примітивна форма синтезу. Але вона працює.

See’n Say став хітом. Було продано мільйони одиниць. Він став культурною іконою. Однак його простий вигляд приховує складну механічну систему. Систему, яку докладно досліджуємо.

Все починається з олов’яної фольги та голки. У 1877 році “Томас Едісон” представив фонограф. Цей фонограф — машина, яка захоплює звук, фізично вигравіруючи його на циліндрі, що обертається. Тут не було ні магнітів, ні електрики, лише чиста механічна сила. Ви говорили у вирву. Мембрана вібрувала. Стрижень дряпав ваш голос на воску чи фользі. Щоб почути запис, голка слідувала за тією ж нерівною лінією, змушуючи мембрану вібрувати і повторювати звук. То справді був аналоговий звук. Він став основою для всього, що було за ним.

Еміль Берлінер змінив правила гри 1887 року. Він замінив циліндр на плоский диск. Грамофон використовував спіральні борозенки на плоскій платівці, що значно спростило масове виробництво. Ця технологія, як і раніше, була повністю механічною. Електроніки ще не було. Все, що потрібно, – це голка, мембрана та закони фізики.

Через десятиліття та ж механічна логіка опинилася в пластикових руках дітей по всьому світу.

See’n Say

Класична іграшка See’n Say по суті є грамофоном для малюків. Використовується той самий механічний принцип, відточений Берлінер. Коли дитина повертає ручку, кривошип обертає пластиковий диск. Голка притиснута до поверхні. На диску є попередньо вигравірувані борозенки, що відповідають різним картинкам чи фразам.

Нема батареї. Нема друкованої плати. Немає динаміка, керованого електричним сигналом. Коли голка потрапляє у борозенку, фізичні вібрації усередині пластику викликають невеликі коливання мембрани. Ця вібрація створює звукові хвилі. Відбувається пряме перетворення механічної енергії на акустичну.

Це надає звуку дуже унікальне, «бляшане» звучання. Звук не записується в студії та не відтворюється через динамік. Звук посилюється лише формою пластикового корпусу. Сама борозенка є записом. Голка – це головка, що зчитує. Енергію забезпечує рука дитини.

Це захоплюючий шматочок інженерної історії, запакований у яскраві основні кольори. Коли ви повертаєте ручку, голка рухається вздовж борозенки, і голос (записаний десятиліття тому актором-людиною і тепер закодований у вигляді фізичних гребенів у пластику) говорить із вами. Електрика не потрібна. Тільки тиск та тертя.

Його простота майже оманлива. Може здатися, що всередині є маленький двигун чи чіп. Але придивіться уважніше. Цей механізм такий самий, як у грамофонах, які колись заповнювали вітальні наприкінці ХІХ століття. Носій інформації змінився з олов’яної фольги на вініл, а потім на пластик, але основна концепція залишилася незмінною. Голка зчитує борозенки, вирізані у матеріалі, та відтворює звук.

Чому виробники продовжували використовувати цей метод навіть після появи магнітної стрічки та цифрового аудіо? Вартість. Довговічність. Простота. Пластиковий диск не розмагнічується. Він не заплутується. Не треба заряджати. Він просто працює. See’n Say став іконою не тому, що був технологічно просунутим, а завдяки своїй механічній чистоті. Він з’єднує дітей зі спадщиною Едісона та Берлінера через загальну фізичну дію. Крути. Слухай. Повторюй.

Звуки, які ви чуєте, є буквальними. Гребені у пластиці – це звукові хвилі. Якщо досить збільшити масштаб борозенки, можна побачити форму хвилі актора.

Забудьте про цифрові файли та мікросхеми. Магія цієї культової пластикової іграшки криється в пластиковому диску, який працює так само, як вінілова пластинка старого зразка. Тут немає динаміка, що працює від батареї. Натомість звукова хвиля для кожного звуку іграшки фізично вибита на диску у вигляді доріжки.

Більшість моделей See’n Say містять від 10 до 26 різних звуків. Ви не знайдете їх розкиданими випадковим чином. Вони зберігаються у концентричних доріжках, які спіраллю сходяться до центру від краю.

Як знайти потрібну борозенку

Якщо уважно переглянути край диска, можна помітити початкові точки кожної концентричної доріжки. Саме тут набуває чинності механічна логіка іграшки. Користувач не натискає кнопку для перемикання доріжок у традиційному розумінні. Ви поєднуєте механізм з конкретною початковою точкою зображення, звук якого хочете почути.

Від борозенки до конуса

Відтворення звуку тут дуже просто. Металева голка рухається безпосередньо по вибраній борозенці. При обертанні диска голка вібрує. Ці вібрації передаються без посилення. Вони безпосередньо передаються від голки до динамічного пластикового конуса. Фізика процесу стара, але результат гучний, чіткий і безперечно ностальгічний.

Голка вставляється у пластикову деталь Т-подібної форми. Вона зчитує вібраційний візерунок, що вигравірує на диску, і передає його на Т-подібну деталь, звідки сигнал через червоний пластиковий наконечник надходить на конус. Ось і все. Коли See’n Say “каже”, ви чуєте чисті механічні вібрації. Тут нема електрики. Жодних чіпів. Це просто пластик, що ударяє об пластик.

Потягніть за шнурок. Це піднімає голку та відводить її до зовнішнього краю диска. Шнурок також можна обернути навколо латунної пружини. Енергія, накопичена у пружині, обертає диск та створює звук. Просто. Грубо. Ефективно.

Єдиним іншим компонентом See’n Say є регулятор швидкості (Governor), який виконаний дуже добре. Він регулює швидкість обертання диска. На малюнку нижче ви можете побачити ремінь, обернутий навколо диска та вала регулятора. Це невеликий інженерний прийом, який запобігає прискоренню або уповільненню відтворення. Без цього звук буде нечітким.

Класичний механізм

Регулятор – тут невидимий герой, “мозок” машини, що складається з двох пружинних вантажів. Погляньмо, що відбувається, коли швидкість диска збільшується. Вантаж відлітає назовні і притискається до стінки циліндра. З’являється тертя. Швидкість диска уповільнюється. У режимі балансу регулятор швидкості підтримує точну швидкість обертання, необхідну коректного відтворення нот. Це фізика саморегуляції.

Ось і вся таємниця. Іграшка See’n Say заснована на трьох частинах: рельєфній пластині, металевому штифті та пластиковому конусі динаміка. Тягніть за шнур. Пружина намотується. Пружина обертає диск. Регулятор контролює швидкість. Жодних батарейок. Жодних схем. Все механічно легко. Це пояснює, чому вона продовжує працювати навіть після купання. Ви можете знову закрутити її.

Ми живемо за доби іграшок на батарейках. Вбудований процесор тепер може генерувати звук. Згадайте рибку, що співає. Цифрові файли. Код. Алгоритми. Класичний See’n Say відкидає все це. Він використовує технологію ХІХ століття, щоб створити щось практично неруйнівне. Іграшку, що виходить за рамки трендів. Вона працює вічно.

Пов’язані записи в блозі

  • Як працює динамік
  • Як працює аналоговий та цифровий запис
  • Як працює гітара
  • Як працює Magna Doodle
  • Як працює Etch-a-Sketch?
  • Як працюють йо-йо
  • Чи можна дійсно розмовляти на відстані за допомогою двох банок і мотузки?

Додаткові посилання

  • Fisher Price See’n Say
  • Рекламні ролики See’n Say 1960-х років
  • Нагороди «Іграшка року»