Lee de Forest et les premiers pas de l'électronique

Quelle nation ne voudrait pas appeler un de ses fils l'inventeur de la radio et classer la priorité de la grande découverte derrière leur patrie? C'est pourquoi les différends entre les historiens des sciences n'ont pas cessé depuis un siècle.

Les arguments et opinions les plus convaincants sont présentés, dans lesquels il n'y a pas tant de noms: Maxwell (Angleterre), Hertz (Allemagne), Branly (France), Popov (Russie), Marconi (Italie).

Parmi cette galaxie de grands esprits, dont chacun mérite l'honneur d'être inclus dans la "biographie" d'un nouveau moyen de communication, vous pourrez rencontrer d'autres scientifiques, "de rang inférieur". Mais même parmi eux, un ingénieur américain Lee de Forest Il semble que le chiffre, à première vue, ne convient pas tout à fait au rôle du fondateur de la radio. Après tout, il a commencé des recherches dans le domaine de la radiotélégraphie, déjà après la transmission des premiers signaux outre-Atlantique, et le télégraphe à étincelles, comme on appelait alors la radio, était largement utilisé dans la pratique. Mais pourquoi, dans la patrie d'un ingénieur scientifique, aux États-Unis, son nom est-il prononcé en combinaison avec les mots «père de la radio» et même «grand-père de la télévision»? En effet, il doit y avoir une bonne raison à cela. Et ils le sont.

Le radiotéléphone est pertinent

La fin du XIXe siècle. a été marqué par un événement auquel on a accordé peu d'importance au départ. Assistants A. S. Popov - P. N. Rybkin et D. S. Troitsky ont découvert du point de vue actuel une chose "évidente".

En essayant de trouver un dysfonctionnement de la radio en «faisant sonner» les circuits électriques à l'aide d'un combiné téléphonique ordinaire, ils ont distinctement entendu les signaux radio du code Morse de la station de radio la plus proche.

Tout d'abord, cela signifiait qu'en utilisant les ondes radio, vous pouvez transmettre des signaux sonores. Deuxièmement, il est devenu possible de recevoir un signal de faible puissance à l'oreille, auquel le relais récepteur n'a pas répondu - un élément indispensable des premières conceptions.

Le 26 juillet 1899, A. S. Popov a reçu le privilège et les brevets russes en Angleterre et en France pour le «Récepteur téléphonique des dépêches envoyées par ondes électromagnétiques via le système Morse» [2]. Tests du nouveau système de communication, il a été décidé de mener sur l'escadron existant de la flotte de la mer Noire. Pendant la campagne d'été de 1901 dans la région de Novorossiysk, la portée de transmission atteignait parfois 80 miles (environ 150 km). Bien que la zone de couverture soit légèrement plus petite, la conclusion selon laquelle les ondes radio sont perçues au-delà de l'horizon était sans ambiguïté [3].

La version initiale du détecteur de gaz Il convient de donner un exemple classique de «stupidité» lorsque la bureaucratie fait obstacle au développement du progrès. "Le commandement de la flotte de la mer Noire", a déclaré Rybkin, "a interdit l'utilisation de radiotéléphones dans la flotte, se référant au fait que la bande télégraphique est un document, tout en faisant confiance à l'opérateur radio qui a reçu le mot était tenu de confirmer avec le sceau officiel. Et le temps a passé, les tragédies de Tsushima et du Titanic étaient à venir, mais il n'y avait aucune incitation à mener des recherches dans le domaine de la diffusion de la parole humaine à la radio.

Aux États-Unis à cette époque, ce travail a déjà commencé. Leurs résultats ont montré que les émetteurs à étincelles ne conviennent pas à cette fin et que la fréquence de l'onde porteuse devrait être d'au moins 10 000 périodes par seconde.

L'ingénieur R. Fesenden, qui a créé des générateurs de machines électriques à haute fréquence (alternateurs), a abordé les questions de radiotéléphonie. Depuis 1906, avec leur aide, les premières négociations radiotéléphoniques sur la côte atlantique ont eu lieu. Soit dit en passant, leur sujet était le coût du poisson sur le marché de Boston.

Aux États-Unis, les navigateurs ont refusé d'étudier les règles de travail avec une clé télégraphique.Il a donc été décidé de ne disposer d'opérateurs radio que sur les navires à passagers (les autres navires n'étaient équipés que d'un radiotéléphone).

"Audio" - la soi-disant invention

Lee de Forest apparaît dans l'arène du travail télégraphique à étincelles en 1900. Après avoir remplacé plusieurs laboratoires de pionniers d'un nouveau type de communication, il organise en 1902 sa propre American Wireless Telegraph Company.

De l'électrotechnique, il savait que lorsque l'air était irradié par la flamme d'une bougie allumée, il devenait conducteur. La même chose s'est produite lors du chauffage de tout gaz raréfié. Confiant que tôt ou tard, parmi les gaz qui brillent sous l'influence du courant électrique, un bon détecteur d'ondes Hertz peut être trouvé, Lee de Forest commence ses expériences.

Déjà en 1903, il a fait une expérience très réussie et prometteuse. Deux plaques de platine du condenseur à air ont "léché" la flamme du brûleur, et le champ de la bobine électromagnétique connectée entre l'antenne et le sol a agi sur le plasma à l'intérieur (Fig. 1).

Fig. 1.

Avec ce détecteur, Lee de Forest a reçu des signaux d'un navire dans le port de New York. Le premier succès a inspiré l'inventeur. Mais mettre un tel appareil en pratique n'était pas possible. "Il était évident qu'un appareil avec une flamme de gaz était inacceptable pour une station de radio de navire", a écrit l'inventeur, "alors j'ai commencé à chercher un moyen de chauffer le gaz directement avec du courant électrique."

La façon la plus simple de le faire était d'utiliser une ampoule Edison ordinaire, d'y insérer des plaques d'électrodes en platine et d'envelopper une ampoule en verre de la lampe avec une partie de la bobine réceptrice. Par la suite, l'une des électrodes en platine a été retirée et, à la place, un fil de lampe chaud a été utilisé (Fig. 2). Une radio avec un tel détecteur ne fonctionnait pas moins bien que d'autres appareils similaires, mais pas mieux.

Fig. 2.

Menant de nombreuses expériences, Lee de Forest a une fois enveloppé le cylindre de verre d'une lampe avec une feuille métallique connectée à une antenne. Le récepteur est devenu plus sensible. "A ce moment", se souvient le scientifique, "j'ai réalisé que l'efficacité de la lampe peut être augmentée si la troisième électrode est placée à l'intérieur." Ce que l'expérimentateur s'est empressé de faire. La qualité de réception a augmenté.

D'autres expériences conduisent l'inventeur à l'idée qu'il est efficace s'il est placé entre le filament et la plaque collectrice actuelle. "De toute évidence," dit Lee de Forest, "que la troisième électrode ne doit pas être une plaque solide."

La recherche a commencé pour les matériaux, les formes et les tailles de l'électrode, ainsi que son emplacement entre les deux bornes de l'ampoule.

La conception la plus réussie était dans laquelle le rôle d'une électrode était joué par un filament chauffé au rouge d'une ampoule placée dans une autre électrode sous la forme d'un cylindre. Entre eux se trouvait la troisième électrode, réalisée sous la forme d'une spirale en fil (Fig. 3).

Fig. 3.

L'inventeur a appelé son idée originale un "audion" (du latin "audio" - entendre et du grec "ion" - aller). La qualité de l'appareil a été déterminée par la force du son du signal reçu à l'oreille, et elle a dépassé tous les appareils utilisés auparavant. Plus tard, avec une main légère de l'ingénieur électricien anglais William Eccles, les lampes à trois électrodes ont été appelées triodes.

Fig. 4.

Recherche de vérité et de découverte

Les opérateurs de radio navale (à savoir, la flotte a utilisé un nouveau moyen de communication), essayant d'augmenter la sensibilité des auditions, ont chauffé le filament à des limites inacceptables et ils ont brûlé. Les spécialistes de la marine, sans comprendre le problème, ont donné l'ordre "non pas d'acquérir des auditions, mais d'utiliser d'anciens détecteurs".

Les scientifiques n'ont rien trouvé de nouveau dans la conception de Lee de Forest. Voici ce que Fleming, l'inventeur de la diode, a écrit: «En octobre 1906, le Dr Forest a décrit un appareil qu'il a appelé un audion, qui est une simple répétition du mien, décrit dix-huit mois plus tôt. Le changement introduit ne donne pas de différence significative dans les actions de l'appareil comme détecteur »[6]. Il a été écrit en 1907, mais même en 1908, le Français C. Tissot confirme la priorité de Fleming.

Un fait intéressant est que les deux inventeurs de dispositifs électroniques originaux, qui ont accepté l'électron comme réalité, ont abordé la détermination de la priorité sous différents angles. Fleming considérait les appareils électroniques et Lee de Forest - ioniques. Cependant, il n'y a rien de surprenant à cela.

Le circuit électrique d'un récepteur radio avec détecteur de gaz Les pompes à vide existantes à l'époque, destinées à la production d'ampoules électriques, étaient si imparfaites qu'elles permettaient d'interpréter les processus se produisant dans l'audion de deux manières. Lee de Forest pensait que son appareil fonctionnait sur le principe de l'ionisation d'un gaz profondément raréfié. Seule l'invention des pompes à vide à diffusion et de nombreuses années de recherche nous ont permis d'étudier en profondeur les possibilités d'un tube radio avec une électrode supplémentaire et de vérifier la nature électronique de ses processus internes.

Vraiment révolutionnaire était la capacité de l'audion à amplifier le signal qui lui arrivait. Les récepteurs radio peuvent désormais percevoir les signaux des stations de radio distantes ou très faibles. La puissance des émetteurs pourrait être réduite, ce qui a contribué à une plus large distribution du radiotéléphone.

Cependant, le développement de systèmes de transmission de la parole humaine ne s'est pas fixé pour tâche d'introduire la radiodiffusion, l'information ou la musique, mais a nécessité la radiotéléphonie pour les entreprises et une communication bidirectionnelle bénéfique, mais une chose inattendue s'est produite ...

Tout le monde est fatigué des publicités radio et télévisées ennuyeuses. Mais pour des raisons de justice historique, nous devons admettre que la publicité radio est apparue avant la diffusion. Et le plus directement lié à celui-ci n'est autre que l'inventeur de l'audion.

Voici ce qu'a écrit Lee de Forest lui-même: «En 1909, j'ai produit des téléphones sans fil pour les États-Unis. Chaque kit a été testé à l'aide de notes phonographiques. À ma grande surprise, de nombreux jambons et opérateurs professionnels ont apprécié ces programmes de contrôle. Naturellement, l'idée de la radiodiffusion m'est venue. De la musique attrayante et des programmes intéressants pourraient être diffusés, créant une demande d'équipement sans fil. »

À des fins publicitaires, les premières émissions en direct du New York Metropolitan Opera sont organisées et, en novembre 1916, l'idée de transférer la procédure de dépouillement lors de l'élection présidentielle se concrétise. C'est elle qui a fortement accru l'intérêt pour les émissions de radio diffusées.

Pour la première fois au monde, une diffusion régulière a commencé aux États-Unis depuis la ville de Pittsburgh depuis 1921. La première publicité radio, qui décrivait les avantages et le faible coût des appartements dans les gratte-ciel de Long Island, a été diffusée en 1922 depuis New York. Cependant, Lee de Forest n'avait rien à voir avec elle.

Fig. 5.

Une autre découverte

Ayant réussi à implémenter son audio dans une radio, Lee de Forest ne pouvait pas passer par l'idée de l'utiliser dans un émetteur radio. Le fait est que la génération d'ondes radio est associée à des appareils qui réalisent des processus oscillatoires. Il existe de nombreux émetteurs de vibrations dans la nature. Il s'agit d'une cloche qui sonne, de cordes vocales, d'un lustre qui se balance sous le plafond et d'un pendule d'horloge murale.

En électricité, vous pouvez créer une source d'oscillation en combinant un condensateur chargé et une inductance dans un circuit, formant un circuit dit oscillatoire. Tous les systèmes de vibration naturels produisent des vibrations amorties. La corde cesse de sonner après un certain temps, les vagues de la mer se calment. Les fluctuations des circuits s'estompent également.

Les émissions de haute qualité nécessitent des oscillations non amorties. Et ce n'est pas facile à faire. Pour la longue gamme de longueurs d'onde, vous pouvez créer un générateur de machine d'oscillations haute fréquence. Mais comment résoudre le problème avec le circuit oscillatoire, fournissant des oscillations de presque toutes les fréquences?

Par exemple, dans une horloge murale pour créer des oscillations non amorties du pendule pendant plusieurs jours, des mécanismes spéciaux ont été construits pour pousser régulièrement le pendule à un moment strictement défini dans la phase de son mouvement. L'énergie pour cela est tirée des hausses de poids ou du ressort enroulé. Le dispositif est appelé mécanisme d'ancrage.

Mais qu'en est-il du circuit oscillatoire? Lee de Forest inclut un circuit oscillatoire dans le circuit de la grille de son audion, et à travers les circuits électriques, le signal amplifié du circuit oscillatoire tombe à nouveau sur le même circuit, "poussant" les oscillations au bon moment de sorte que l'amplitude et l'ouverture en génie électrique s'appellent rétroaction positive et sont maintenant utilisées dans des milliers d'appareils différents.

Lee de Forest a obtenu un brevet pour ce système en 1915. Désormais, il n'était pas difficile d'obtenir des oscillations électriques des fréquences requises. Certes, les premiers générateurs à tubes ne pouvaient pas au départ fournir la puissance nécessaire aux émetteurs. Une concurrence féroce va commencer entre alternateurs et générateurs à tubes. À la fin, les alternateurs disparaîtront et la lampe électronique prendra la place qui lui revient.

Mais l'inventeur de l'audion ne serait pas américain s'il n'avait pas trouvé d'application pratique pour son appareil, pas seulement à la radio. Il crée le premier instrument de musique électronique.

Ayant construit un générateur électrique de fréquences sonores aux auditions, une triode par octave et amplifiant les signaux, il les délivre aux haut-parleurs situés autour du périmètre de la salle. Ainsi, en cours de route, les problèmes de son surround sont résolus. Mais, plus important encore, en changeant le réglage des circuits oscillatoires, Lee de Forest a réussi à obtenir des sons enchanteurs, inhabituels pour l'oreille humaine.

Lee de Forest a appelé son instrument «piano audio». Dans le même temps, des paroles prophétiques ont été exprimées: "J'espère qu'avec l'aide de cette petite lampe électronique, je pourrai rendre l'instrument suffisamment parfait pour que les musiciens puissent réaliser leurs fantasmes musicaux les plus riches."

"The Great Mute" a parlé

Le cinéma est apparu presque simultanément avec le premier récepteur radio. Les frères Louis et Auguste Lumiere ont réalisé en mars 1895 une démonstration pilote des premiers tirs documentés. À la fin de cette année, le premier cinéma commercial a été construit à Paris. Initialement, les films ne pouvaient même pas être considérés comme tels, cependant, les cinémas étaient appelés «attractions techniques» sous le nom de «photographie en direct».

Mais très vite, ces attractions devinrent de sérieux concurrents du théâtre ordinaire. Une nouvelle forme d'art émerge, moins chère et plus mobile. Bientôt, l'ensemble du territoire des États-Unis a été couvert par un réseau de cinémas, qui ont été visités par jusqu'à 5 millions de téléspectateurs par jour. Il est devenu clair qu'il s'agit également d'une grande entreprise [7].

Mais combien de temps les gens peuvent-ils être intéressés, bien que artistiques, mais par des expressions faciales et de courts sous-titres? L'apparition sur les écrans d'acteurs éminents a élevé le prestige du nouvel art au titre de «grand muet», mais, comme disent les Anglais, «un miracle n'est que neuf jours un miracle». Le nombre de visiteurs de cinéma a commencé à diminuer.

Pour améliorer la situation, ils ont commencé à embaucher des musiciens spéciaux, des tappeurs, qui accompagnaient le film avec de la musique. Le grand A. Edison a adapté son phonographe à cet effet.

Un certain inventeur, Homon, a offert au vénérable public un «chronophon». Un nom fort cachait un disque phonographique ordinaire, tourné en synchronisme avec un moteur de film, où les lèvres des acteurs coïncidaient plus ou moins avec le son. Mais le gramophone se tenait près de l'écran de cinéma et le projecteur était à l'autre bout du couloir. La gestion d'un tel système était difficile. À propos de la qualité sonore s'est avérée, comme on dit, sans travail.

Les compagnies d'électricité ont fusionné en conglomérats. Les entreprises géantes n'avaient pas besoin de lui, et la fierté ne lui permettait pas de se contenter du poste d'ingénieur ordinaire avec un salaire mensuel. Et Forest a décidé de s'attaquer aux problèmes de la partition de films.

Son idée était que le «lapin léger» enregistrait sur un film photosensible les variations sonores sur la bande sonore parallèlement à l'image. La synchronicité était parfaite. Avec l'aide d'auditions, il a été possible d'atteindre n'importe quel volume.

Pour annoncer sa nouvelle invention de 1923 à 1927, Lee de Forest a tourné plus de 100 courts métrages sonores avec de nombreux acteurs célèbres, anticipant l'émergence de clips vidéo modernes.

L'inventeur pour la publicité de son «phonofilm» a surpris ses compatriotes en reproduisant sur l'écran du film le discours du 30e président américain Coolidge sur la pelouse devant la Maison Blanche. Pour la première fois, un leader américain a pris la parole depuis l'écran. Le public ravit cette nouveauté. La fièvre recommença. Est né

L'âge d'or d'Hollywood.

Mais l'inventeur n'a pas eu à profiter de ce succès. "Les avocats de la Western Electric and Telephone Company", a écrit le biographe de Foresta M. Wilson, "l'ont entouré avec succès et ont utilisé son invention gratuitement."

L'ingénieur américain Lee de Forest a passé une vie longue et fructueuse. L'humanité lui doit beaucoup. L'un des premiers qu'il croyait à l'existence d'un électron, avec Fleming a jeté les bases de la radioélectronique.

Les résultats de ses recherches ont trouvé une application dans de nombreuses choses familières: d'un téléphone mobile ultra-moderne à un code-barres sur les marchandises. Cependant, malgré de nombreuses pétitions, il n'a jamais reçu le prix Nobel.

Le 5 octobre 1956, 50 ans après l'invention du tube radio (audion), le gouvernement français décerne à Lee de Forest l'Ordre de la Légion d'honneur. Lors de la remise du prix, il a été dit que "la découverte de Lee de Forest est l'une des plus grandes de l'histoire de la science et de la technologie, et les experts dans tous les domaines scientifiques devraient exprimer leur respect, leur appréciation et leur admiration". Ces paroles ont été prononcées par le physicien lauréat du prix Nobel Louis de Broglie, l'un des fondateurs de la physique quantique. Et il savait ce qu'il disait.