Лий Форест и първите стъпки на електрониката

Кой народ не би искал да нарече един от синовете си изобретател на радиото и да класира приоритета на голямото откритие зад родината им? Ето защо споровете между историците на науката не престават от век.

Представени са най-убедителните аргументи и мнения, в които няма толкова много имена: Максуел (Англия), Херц (Германия), Брани (Франция), Попов (Русия), Маркони (Италия).

Сред тази плеяда от велики умове, всеки от които заслужава честта да бъде включен в „биографията“ на ново средство за комуникация, можете да срещнете други учени, „по-нисък ранг“. Но дори и сред тях, американски инженер Лий де Форест Изглежда, че на пръв поглед фигурата не е съвсем подходяща за ролята на основателя на радиото. В крайна сметка той започна изследвания в областта на радио телеграфията, след като първите сигнали бяха предадени през Атлантическия океан, а искровият телеграф, както тогава се наричаше радиото, беше широко използван на практика. Но защо в родината на учен инженер, в САЩ, името му се произнася в комбинация с думите „баща на радиото“ и дори „дядо на телевизията“? Всъщност трябва да има основателна причина за това. И те са.

Радиотелефонът е от значение

Краят на XIX век. бе белязано от събитие, което първоначално бе отредено малко значение. Асистенти А. С. Попов - П. Н. Рибкин и Д. С. Троицки откриха от настоящата гледна точка нещо „самоочевидно“.

Опитвайки се да намерят неизправност в радиото чрез „звънене“ на електрически вериги с помощта на обикновена телефонна слушалка, те ясно чували радиосигналите от кода на Морзе на най-близката радиостанция.

Първо, това означаваше, че с помощта на радиовълни можете да предавате звукови сигнали. Второ, стана възможно приемането на сигнал с ниска мощност на ухо, на което релето на приемника не реагира - незаменим елемент от първите дизайни.

На 26 юли 1899 г. А. С. Попов получава руската привилегия и патенти в Англия и Франция за „телефонен приемник на изпращания, изпратени с помощта на електромагнитни вълни чрез системата на Морс“ [2]. Тестове на новата комуникационна система беше решено да се проведе на съществуващата ескадра на Черноморския флот. По време на лятната кампания от 1901 г. в района на Новоросийск обхватът на предаване на моменти достига 80 мили (около 150 км). Въпреки че областта на покритие беше малко по-малка, изводът, че радиовълните се възприемат отвъд хоризонта, беше недвусмислен [3].

Първоначалната версия на газовия детектор Уместно е да се даде класически пример за „глупост“, когато бюрокрацията застава на пътя на прогреса. „Командването на Черноморския флот“, каза Рибкин, „забрани използването на радиотелефони във флота, като се позовава на факта, че телеграфната лента е документ, докато се доверява на радиооператора, получил думата, се изисква да потвърди с официалния печат. И времето мина, напред бяха трагедиите на Цушима и Титаник, но нямаше стимули за провеждане на изследвания в областта на излъчване на човешката реч по радиото.

В САЩ по това време подобна работа вече е започнала. Резултатите от тях показаха, че предавателите на искра не са подходящи за тази цел и честотата на носещата вълна трябва да бъде най-малко 10 хиляди периода в секунда.

Инженер Р. Фесенден, който създаде високочестотни генератори на електрически машини (алтернатори), се зае с проблемите на радиотелефонията. От 1906 г. с тяхна помощ се провеждат първите радиотелефонни преговори на брега на Атлантическия океан. Между другото, темата им беше цената на рибата на пазара в Бостън.

Навигаторите в Съединените щати отказаха да изучават правилата за работа с телеграфен ключ, така че беше решено радиооператорите да се използват само на пътнически кораби (други кораби бяха оборудвани само с радиотелефон).

"Аудио" - така нареченото изобретение

Лий дьо Форест се появява на арената на искра с телеграфна работа през 1900 г. След като замени няколко лаборатории от пионери на нов тип комуникация, през 1902 г. той организира своя собствена американска компания за безжични телеграфи.

От електротехниката той знаеше, че когато въздухът се облъчва с пламъка на горяща свещ, той става проводящ. Същото се случи и при загряване на всеки разреден газ. Уверен, че рано или късно сред газовете, светещи под въздействието на електрически ток, може да се намери добър детектор за вълни от Херц, Лий Форест започва да експериментира.

Още през 1903 г. той направи много успешно и обещаващо преживяване. Две платинени пластини на кондензатора на въздуха „облизват“ пламъка на горелката и полето на електромагнитната намотка, свързана между антената и земята, действа върху плазмата вътре в нея (фиг. 1).

Фиг. 1.

С този детектор Лий Форест получи сигнали от кораб в пристанището в Ню Йорк. Първият успех вдъхнови изобретателя. Но да се приложи такова устройство на практика не беше възможно. „Беше очевидно, че устройство с газов пламък е неприемливо за корабна радиостанция“, пише изобретателят, „затова започнах да търся начин да нагря газ директно с електрически ток.“

Най-лесният начин да направите това беше да използвате обикновена крушка на Едисон, да поставите там платинени плочи от електроди и да увиете стъклена крушка на лампата с част от приемащата намотка. Впоследствие един от платиновите електроди беше отстранен и вместо него беше използвана гореща нишка на лампата (фиг. 2). Радио с такъв детектор работеше не по-лошо от други подобни устройства, но не по-добре.

Фиг. 2.

Провеждайки многобройни експерименти, Лий дьо Форест веднъж уви стъклен цилиндър на лампа с метално фолио, свързано към антена. Приемникът е станал по-чувствителен. "В този момент", спомня си ученият, "разбрах, че ефективността на лампата може да се увеличи, ако третият електрод бъде поставен вътре." Това, което експериментаторът побърза да направи. Качеството на приема се увеличи.

По-нататъшните експерименти водят изобретателя до идеята, че е ефективен, ако се постави между нишката и плочата на токовия колектор. „Очевидно - казва Лий де Форест, - че третият електрод не трябва да бъде твърда плоча.“

Започна търсенето на материали, форми и размери на електрода, както и местоположението му между двата извода на крушката.

Най-успешният дизайн беше, в който ролята на един електрод се играе от нажежена нажежаема жичка на крушка, поставена в друг електрод под формата на цилиндър. Между тях беше разположен третият електрод, направен под формата на телена спирала (фиг. 3).

Фиг. 3.

Изобретателят нарече децата си „прослушване“ (от латински „аудио“ - да чуе, а гръцки „йон“ - върви). Качеството на устройството се определя от силата на звука на приетия сигнал на ухо и то надвишава всички устройства, използвани преди. По-късно с лека ръка на английския електротехник Уилям Екълс лампи с три електрода бяха наречени триоди.

Фиг. 4.

Търсете истината и откритието

Военноморските радиооператори (а именно флотът използва ново средство за комуникация), опитвайки се да повишат чувствителността на прослушванията, нагряват нажежаемата жичка до неприемливи граници и те изгарят. Специалистите от Военноморските сили, не разбирайки проблема, дадоха заповед „да не се събират прослушвания, а да се използват стари детектори“.

Учените не откриха нищо ново в дизайна на Лий де Форест. Ето какво пише Флеминг, изобретателят на диода: „През октомври 1906 г. д-р Форест описа устройство, което нарече прослушване, което е мое обикновено повторение, описано осемнадесет месеца по-рано. Въведената промяна не дава съществена разлика в действията на устройството като детектор “[6]. Написана е през 1907 г., но дори през 1908 г. французинът C. Tissot потвърждава приоритета на Флеминг.

Интересен факт е, че и двамата изобретатели на оригинални електронни устройства, приели електрона като реалност, подхождат към определянето на приоритета от различни гледни точки. Флеминг смяташе устройствата за електронни, а Лий дьо Форест - йонни. В това обаче няма нищо изненадващо.

Електрическата верига на радиоприемник с газов детектор Вакуумните помпи, съществуващи по това време, предназначени за производство на електрически крушки, бяха толкова несъвършени, че направи възможно интерпретирането на процесите, случващи се в прослушването, по два начина. Лий дьо Форест вярваше, че устройството му работи на принципа на йонизация на дълбоко разреден газ. Само изобретяването на дифузионни вакуумни помпи и многогодишни изследвания ни позволиха да проучим подробно възможностите на радио-тръба с допълнителен електрод и да проверим електронния характер на нейните вътрешни процеси.

Наистина революционна беше способността на аудиото да усили сигнала, пристигащ към него. Радиоприемниците вече могат да възприемат сигнали от отдалечени радиостанции или много слаби. Мощността на предавателите може да бъде намалена, което допринесе за по-широкото разпространение на радиотелефона.

Разработването на системи за предаване на човешката реч обаче не си поставя задачата да въвеждат излъчвания, информация или музикални перипетии, а се нуждае от радиотелефония за бизнес и полезна двупосочна комуникация, но се случи неочаквано нещо ...

Всички са уморени от досадната радио и телевизионна реклама. Но в интерес на историческата справедливост трябва да признаем, че радио рекламата се появи преди излъчването. И най-пряко свързаното с него е не друг, а изобретателят на прослушването.

Ето какво пише самият Лий де Форест: „През 1909 г. произведох безжични телефони за Съединените щати. Всеки комплект е тестван с помощта на звукозаписни бележки. За моя изненада много програми за управление и професионални оператори се радваха на тези програми за контрол. Естествено идеята за излъчване ми дойде. Може да се излъчва атрактивна музика и интересни програми, създаващи търсене на безжично оборудване. "

За рекламни цели бяха организирани първите предавания на живо от Нюйоркската столична опера, а през ноември 1916 г. се реализира идеята за прехвърляне на процедурата за преброяване по време на президентските избори. Именно тя рязко засили интереса към излъчваните радиопредавания.

За първи път в света редовното излъчване започва в САЩ от град Питсбърг от 1921 г. Първата радиореклама, която описва предимствата и ниската цена на апартаментите в небостъргачите на Лонг Айлънд, е излъчена през 1922 г. от Ню Йорк. Лий де Форест обаче нямаше нищо общо с нея.

Фиг. 5.

Още едно откритие

След като успешно реализира аудиото си в радиоприемник, Лий де Форест не можа да мине от идеята да го използва в радиопредавател. Факт е, че генерирането на радиовълни е свързано с устройства, които извършват колебателни процеси. В природата има много такива излъчватели на вибрации. Това е звучаща камбана и гласови струни, и полилей, който се люлее под тавана, и махало на стенен часовник.

В електричеството можете да създадете източник на трептене, като комбинирате зареждащ кондензатор и индуктивност във верига, образувайки така наречената осцилаторна верига. Всички естествени вибрационни системи произвеждат амортизирани вибрации. Струната престава да звучи след известно време, морските вълни се успокояват. Колебанията в схемите също избледняват.

Висококачествените излъчвания изискват непрекъснати трептения. И това не е лесно да се направи. За обхвата на дългите вълни можете да създадете машинен генератор на високочестотни трептения. Но как да решим проблема с осцилаторната верига, осигурявайки трептения с почти всякаква честота?

Например, в стенен часовник за създаване на неослабени трептения на махалото в продължение на няколко дни, бяха вградени специални механизми, които редовно натискат махалото в строго определен момент във фазата на неговото движение. Енергията за това се взима от повдигнатите тежести или ранената пружина. Устройството се нарича котва механизъм.

Но какво да кажем за осцилаторната верига? Лий Форест включва осцилаторна верига във веригата на мрежата на своя прослушване и чрез електрическите вериги усилваният сигнал от осцилаторната верига отново пада върху същата верига, като "натиска" трептенията в точния момент, така че амплитудата и отварянето в електротехниката се наричат ​​положителна обратна връзка и сега се използват в хиляди различни устройства.

Лий де Форест получи патент за тази система през 1915 г. Сега не беше трудно да се получат електрически колебания на необходимите честоти. Вярно е, че първоначалните тръбни генератори не можеха да осигурят необходимата мощност за предавателите. Ще започне ожесточена конкуренция между генератори и тръбни генератори. В крайна сметка алтернаторите ще изчезнат от употреба, а електронната лампа ще заеме правилното си място.

Но изобретателят на прослушването не би бил американец, ако не беше намерил практическо приложение за своето устройство, не само по радиото. Създава първия електронен музикален инструмент.

Построил електрически генератор на звукови честоти при прослушвания, по един триод на октава и усилвайки сигналите, той ги подава към високоговорителите, разположени около периметъра на помещението. Така по пътя проблемите със съраунд звука са решени. Но най-важното, променяйки настройката на осцилаторните вериги, Лий Форест успява да получи омайни звуци, необичайни за човешкото ухо.

Лий Форест нарече инструмента си „аудио пиано“. В същото време бяха изразени пророчески думи: „Надявам се, че с помощта на тази малка електронна лампа мога да направя инструмента достатъчно съвършен, така че музикантите да могат да реализират най-богатите си музикални фантазии.“

"Голямата мута" проговори

Киното се появи почти едновременно с първия радиоприемник. Братята Луи и Огюст Люмиер през март 1895 г. провеждат пилотна демонстрация на първите документирани снимки. В края на същата година в Париж е построен първият комерсиален киносалон. Първоначално филмите дори не можеха да се считат за такива, но кината бяха наричани „технически атракции“ под името „фотография на живо“.

Но много скоро тези атракции станаха сериозни конкуренти на обикновения театър. Появява се нова форма на изкуство, по-евтина и по-мобилна. Скоро цялата територия на САЩ беше покрита от мрежа от кина, които се посещаваха до 5 милиона зрители на ден. Стана ясно, че това също е голям бизнес [7].

Но докога хората могат да се интересуват от, макар и артистични, но изражения на лицето и кратки субтитри? Появата на екраните на изявени актьори издигна престижа на новото изкуство до заглавието „голям тъп“, но, както казват англичаните, „чудо е само девет дни чудо“. Броят на посетителите на киното започна да намалява.

За да подобрят ситуацията, те започнаха да наемат специални музиканти, тапинери, които придружаваха филмовото шоу с музика. Великият А. Едисон адаптирал за целта своя звукозапис.

Определен изобретател Хомон предложил на почтената общественост „хронофон“. Силно име криеше обикновен запис, въртящ се синхронно с филмовия мотор, където движението на устните на актьорите повече или по-малко съвпадаше със звука. Но грамофонът стоеше близо до екрана на филма, а проекторът беше в другия край на залата. Управлението на такава система беше трудно. За качеството на звука се оказа, както се казва, без работа.

Електрическите компании се обединиха в конгломерати. Гигантските компании не се нуждаеха от него и гордостта не му позволяваше да се задоволява с длъжността на обикновен инженер с месечна заплата. И Форест реши да се справи с проблемите на изписването на филми.

Идеята му беше, че „лекото зайче“ записа на фоточувствителен филм звуковите вариации на звуковата песен, успоредна на изображението. Синхронността беше перфектна. С помощта на прослушвания беше възможно да се постигне всякакъв обем.

За да рекламира новото си изобретение от 1923 до 1927 г., Лий де Фостър снима повече от 100 звукови шорти с много известни актьори, очаквайки появата на съвременни видео клипове.

Изобретателят за реклама на своя „фонофилм“ изненада сънародниците си, възпроизвеждайки на екрана на филма речта на 30-тия президент на САЩ Кулидж на тревата пред Белия дом. За първи път американски лидер говори от екрана. Публиката тази новост зарадва. Треската започна отново. Роден е

Златният век на Холивуд.

Но изобретателят не трябваше да се възползва от този успех. "Адвокатите на Western Electric and Telephone Company", пише биографът на Forest, М. Уилсън, "успешно обикаля пръста си и се възползва безплатно от изобретението си."

Голям и ползотворен живот прекара американският инженер Лий де Форест. Човечеството му дължи много. Един от първите, който повярва в съществуването на електрон, заедно с Флеминг положи основите на радиоелектрониката.

Резултатите от неговите изследвания са намерили приложение в много познати неща: от ултра модерен мобилен телефон до баркод на стоки. Въпреки многобройните петиции обаче той никога не е носител на Нобелова награда.

На 5 октомври 1956 г., 50 години след изобретяването на радио-тръбата (прослушване), френското правителство награждава Лий де Форест с ордена на Почетния легион. При връчването на наградата бяха казани думите, че „откриването на Лий дьо Форест е едно от най-великите в историята на науката и технологиите и експертите от всички области на науката трябва да изразят уважението, признателността и възхищението си“. Тези думи бяха изречени от лауреата на Нобеловата награда Луи дьо Бройл, един от основателите на квантовата физика. И той знаеше какво казва.