Le phonographe est un appareil destiné d'abord à graver, puis à reproduire du son (paroles ou musiques) par un procédé purement mécanique.
Ce terme désigne les appareils utilisant un cylindre ou des cylindres amovibles et les appareils mécaniques à plateau utilisant des disques amovibles. Le phonographe a été le premier appareil de reproduction sonore destiné au public et qui a servi autant dans les salons privés que dans des cafés en tant qu'instrument de musique à monnayeur. Il a servi également à transporter des informations ou des directives parlées et aussi comme moyen d'apprentissage des langues.
Le mot « phonographe » a été formé à partir du grec ancien : φωνή / phonḗ, « voix », et γράφω / gráphô, « écrire ». Le procédé originel du phonographe, né dans les dernières décennies du XIXe siècle, est remplacé par le gramophone, mais pour le grand public, l'appellation phonographe, raccourcie en phono, désignera longtemps ce type d'appareils. D'autres appellations voient le jour au fil des années et des avancées technologiques (dont la stéréophonie au milieu du XXe siècle) : tourne-disque, platine tourne-disques, électrophone, pick-up, conjointement au magnétophone, appareils qui sont ensuite eux-mêmes éclipsés par les techniques de reproduction sonores nées de la numérisation.
Ce type d'appareils est de retour au XXIe siècle pour le « scratch vinyle » des DJ. Il est dans le même esprit utilisé comme média intermédiaire pour la production de disques numérisés de rock 'n' roll après l'émergence du son électronique, et pour la restitution des vieux « 78 tours ».
Les instruments de musique mécaniques, tels que limonaires, orgues de barbarie, pianos mécaniques et boîtes à musique préfigurent sur quelques aspects le principe du phonographe, en étant les précurseurs, permettant aux particuliers d’écouter un ouvrage musical directement chez eux sans devoir assister à un concert.
L'écrivain Savinien Cyrano de Bergerac imagine dans Histoire comique des États et Empires de la Lune (1657) des boîtes parlantes que les Séléniens utilisent à la place des livres.
En 1857, le Français Édouard-Léon Scott de Martinville fixe un stylet sur une membrane élastique pour enregistrer la voix humaine : grâce à cette invention — baptisée le « Phonautographe » —la toute première voix enregistrée le 9 avril 1860 serait la voix de l'inventeur chantant la comptine pour enfants Au clair de la lune. Cet appareil ne pouvait qu'enregistrer le son. Il ne pouvait pas le lire.
Touche-à-tout, poète et inventeur dans les domaines du téléphone, du télégraphe et de la photographie couleur, Charles Cros imagine en 1877 un moyen d'enregistrer les sons sur un support enduit de noir de fumée.
L'appareillage est le suivant : une membrane vibrante, armée d'un stylet que l'on déplace à la surface d'une couche de noir de fumée, réagit aux fréquences sonores et laisse par l'intermédiaire du stylet un tracé variable qui aurait permis de reproduire les mêmes vibrations sur une membrane semblable par le procédé inverse. Charles Cros baptise son invention le « paléophone » (du grec palaios, ancien, et phonè la voix). Son dispositif est décrit dans un mémoire qu'il adresse le 18 avril 1877 à l'Académie des sciences. En octobre 1877, dans La Semaine du Clergé, l'abbé Lenoir publie (sous le pseudonyme de « Le Blanc ») une description de cet appareil dans laquelle figure pour la première fois le mot « phonographe ». L'écrivain Alphonse Allais affirme, notamment dans un de ses textes parus dans la revue Le Chat noir, avoir assisté à une séance de restitution des sons enregistrés par un phonographe fabriqué par Charles Cros en la présence de l'inventeur, qui deviendra son ami.
Phonographe à cylindre de Thomas Edison
Parallèlement, l'ingénieur américain Thomas Edison, au cours de ses recherches sur le télégraphe, entend les petits bruits d'une pointe de répétiteur parcourant une feuille de papier, qui lui donnent l’idée de la technique à employer pour enregistrer puis diffuser le son. Par ailleurs, le téléphone a déjà permis la mise au point du diaphragme capable de restituer le son de la voix et le tube acoustique celle du conduit qui guide le son. Edison dépose le brevet du phonographe le 19 décembre 1877, après un essai public le 7 décembre 1877. Il commercialise cette machine qui utilise des cylindres phonographiques, d'étain, puis de cire. La rotation est assurée en continu par une manivelle et régulée par un lourd volant. L'appareil d'Edison est un succès commercial à l'origine de l'industrie du disque. Edison étudie la motorisation électrique de la machine dès les années 1890.
Gramophone à disque d'Emile Berliner
L'ingénieur américain d'origine allemande Emile Berliner dépose en 1887 le brevet d'un procédé où la gravure Edison à profondeur variable sur un cylindre est remplacée par une gravure à largeur variable sur un disque. Il nomme son appareil le gramophone, sans doute l'inversion approximative du mot phonogram (du grec phone, « son » et gramma, « lettre, caractère »), peut-être inspiré de telegram.
Le phonographe permet d'enregistrer des sons grâce à un stylet (une aiguille interchangeable) fixée sur un diaphragme de mica. Le diaphragme vibre plus ou moins fort selon la puissance des sons qui lui parviennent et la fréquence de ses vibrations varie selon les graves et les aigus de la parole ou de la musique enregistrées. L'aiguille, solidaire du diaphragme, vibre à l'unisson et creuse plus ou moins profondément un sillon sur le cylindre d'étain (puis de cire) en rotation. Une vis sans fin déplace progressivement l'ensemble aiguille-diaphragme le long du cylindre. Afin de permettre la diffusion commerciale des enregistrements, un processus de recopie sur des cylindres moulés de bakélite (matériau dur) est mis au point : le cylindre obtenu est plus solide et ne craint pas la chaleur.
Le dispositif du phonographe commercialisé par Edison est entièrement mécanique aussi bien pour la rotation du disque ou du cylindre que pour la reproduction du son :
la rotation est activée par un ressort que l'on tend au préalable en tournant une clé ou une manivelle, et la stabilité de la vitesse est assurée par un régulateur ;
l'écoute s'effectue par la tête de lecture, pesant de 100 à 200 grammes, constituée d'une membrane vibrant par l'intermédiaire d'une grosse pointe qui réagit aux différences de profondeur du sillon hélicoïdal au long duquel elle se déplace, qui correspondent aux différences de natures des sons (graves ou aigus, faibles ou forts). Les vibrations, très peu audibles dans les phonographes expérimentaux, sont transmises et amplifiées par un pavillon métallique (parfois, de cristal), dans les appareils destinés à la vente.
Rotation du cylindre ou du plateau