"Фотофон", "радиофон" и деревенский детектив
В первые годы двадцатого века радиотелеграфная связь постепенно завоевывала позиции. Передовицы газет, еще недавно пестревшие сенсационными заголовками о достижениях беспроводного телеграфа, постепенно стали уступать место более важным событиям. Радио становилось обыденностью. Уже работали беспроводные телеграфные линии по всей Европе и Америке, организована постоянная связь между континентами. Телеграфные аппараты отстукивали морзянку с кораблей и самолетов. Но все-таки радио не могло заменить проводную связь по причине отсутствия живого общения. Человечество привыкло общаться голосом, а не бездушными точками и тире кода Морзе. Человечество ждало открытия.
Успехи Белла и его телефония не давали покоя десяткам, а то и сотням жаждущих славы и денег. Патентовались сотни изобретений. Поиски велись в различных направлениях. Были попытки использовать свет, проводимость земли и магнитную индукцию. Некоторые из исследователей, типа Александра Белла, были уже известными изобретателями. Другие, подобно Натану Стабблфилду (Nathan Stubblefield), считали, что если бы им не помешали неизвестные заговорщики или если бы они смогли найти еще одного спонсора и сделать еще одно маленькое усовершенствование, то их системой пользовался бы весь мир.
Но в противовес бесперспективным системам световой и индуктивной телефонии, беспроводной телеграф, развиваемый Маркони, стал фундаментом, на котором было начато создание новой системы посылки голоса.
Большинство ранних попыток беспроводной передачи голоса сводились к одной из двух технологий: модулированный световой луч или индукционная передача.
Принцип работы устройств по передаче голоса с помощью света был достаточно прост.
В передатчике яркий, направленный источник света модулировался голосом (мерцал) в соответствии с изменениями тока, вызванными колебаниями мембраны угольного микрофона подключенного последовательно с источником питания. В приемнике использовался светочувствительный элемент селен в комбинации с источником питания и наушником. Падающий на селен свет, создавал слабое напряжение, изменения которого могли быть прослушаны в наушнике. Дальность действия подобного "светотелефона" была ограничена несколькими километрами и зависела от погодных условий, времени суток, яркости источника света и т.п.
"Фотофон" Александра Белла, 1880.
В мартовском номере журнала "Kentucky Progress Magazine" за 1930 была помещена статья, в которой, в частности, говорилось:
"Марри, штат Кентукки – место рождения радио" – гласит мемориальная доска, помещенная 28 марта 1930 в городском преподавательском колледже. Так отмечены заслуги Стабблфилда как "первого человека, который передал и принял по радио человеческий голос без проводов. Хотя он, несомненно, дал миру самое большое изобретение – радио, он не получил должных почестей".
И все-таки радиоволны
К 1902 беспроволочный телеграф Маркони стал неопровержимым фактом. И хотя еще делались жалкие попытки совершить переворот (см. выше) в беспроводной связи, "волны Герца" неотвратимо наступали по всем фронтам. Световые и индукционные системы с их ограниченной дальностью уже никем не принималась всерьез. Знаменитый символ "S" перелетевший океан в одночасье сделал устаревшими все "негерцевские" системы связи. Именно в этом контексте новые отряды исследователей начали искать пути передачи речи по эфиру.
Технологическим ограничением, которое также на какое-то время задержало переход к голосовой связи, был приемник. Для приема точек и тире кода Морзе в системе Маркони использовался когерер, который начинал проводить ток, подобно выключателю, при приеме электромагнитных импульсов. Когерер идеальным образом подходил для импульсов, но, к сожалению, не обладал достаточным быстродействием для приема сигналов звуковой частоты. Когерер не позволял приемнику "слышать" голос, а это являлось серьезным техническим препятствием к развитию радиотелефона. Для голоса были необходимы новые изобретения. И они не замедлили появиться. "Жидкостный бареттер" ("Liquid barretter") Фессендена, галенитовый детектор Пикарда должны были "озвучить" человеческий голос.
Наиболее удачным из подобных систем был "фотофон" представленный в 1878 Александром Беллом. В дальнейшем эта система, названная Беллом "радиофон", была улучшена и в 1904 демонстрировалась на выставке в Сент-Луи (штат Луизиана). Хотя изобретение привлекло повышенное внимание, в дальнейшем не нашло практического применения.
Интересно отметить, что в названии устройства Белла использовалось слово "радио".
…Радиофон, представленный на промышленной выставке, является единственным реальным методом беспроводной передачи речи. Его (Белла) метод мерцающих лучей прожектора может применяться для передачи человеческой речи и других звуков. Лучи света будут нести на многие мили все нюансы, все интонации голоса, оркестровую музыку, строчки песен. С помощью радиофона появляется возможность преобразования электрических огней в речь или музыку.
Конечно, в этой газетной выдержке прослеживается определенный субъективизм по отношению к авторитету Белла, но, тем не менее, из нее видно, что нужно массам. Это ли не намек на скорое рождение радиовещания?
Впрочем Белл не был столь претенциозен и предлагал свое устройство как… беспроводное дополнение к проводному телефону – что-то наподобие современных домашних беспроводных телефонов.
Другие ученые также работали над разновидностями телефонной связи с помощью света, используя в качестве источника электрическую дугу.
Вплотную приблизившись к принципам дуги Поулсена, в 1897 профессор Саймон (Simon) обнаружил, что яркость свечения дуги изменяется при подаче в цепь ее питания напряжения с телефонного аппарата. Он высказал идею, что дуга, модулированная речью, может использоваться в качестве источника света в лучевом телефоне. Вполне вероятно, что именно эта идея навела Белла на мысль применить электрическую дугу в своих разработках.
Примерно в то же время немецкий изобретатель Эрнст Румер (Ernst Ruhmer) оборудовал несколько военно-морских судов своей версией светового телефона.
Ограниченные возможности (дальность, зависимость от погодных и световых условий) вскоре привели к прекращению развития световых устройств, и дали дополнительный импульс развитию радиотелефонии.
Джон Троубридж (John Trowbridge) из Гарвардского университета в 1880 с помощью телефона Белла исследовал телеграфию Морзе, используя электрическую проводимость реки или влажной земли. Он установил, что если достаточно часто прерывать подачу напряжения, то благодаря изменениям напряжения могли воспроизводиться музыкальные звуки. Телеграф Морзе открывал новые возможности при замене проводов естественной проводимой средой.
В 1882 Белл осуществил удачный эксперимент по посылке сообщения на расстояние около полутора миль на речное судно, с использованием телефонного аппарата, подсоединенного к пластинам, погруженным в речную воду.
Индукционный телефон Приса.
Примерно в то же самое время сэр Вильям Прис (William H. Preece) обнаружил перекрестное влияние между двумя близко расположенными проводными системами, по которым протекали телефонные или телеграфные сигналы (индукционная связь). Его первая функционирующая система обеспечивала связь между Гемпширом и островом Уайт (Англия), когда в 1882 подводная лодка порвала телефонный кабель, проложенный через пролив (около 1 мили в ширину).
В дальнейшем Прис провел серию экспериментов, в результате которых в 1885 ему удалось повысить дальность связи до шести миль.
В 1885 Томас Эдисон изобрел вид беспроволочного телеграфа, который был наиболее близок к радио.
Беспроводной телефон Эдисона.
Идея Эдисона состояла в том, что высоко над землей и на расстоянии друг от друга устанавливались металлические пластины. На передающей станции одна из них соединялась с землей через катушку, которая производила высокое напряжение, а другая на приемной станции подключалась к земле через телефонный аппарат Белла. При подаче высокого напряжения, в пространстве между пластинами возникала разность потенциалов и из-за высокого напряжения, как предполагалось, через приемную пластину должен был течь ток достаточной силы, чтобы передавать телефонные сообщения.
Модификация этой системы, в которой приемная пластина была установлена на крыше железнодорожного вагона, а в качестве передающей использовался телеграфный провод, протянутый вдоль полотна, работала на Лейской железной дороге (Lehigh Valley Railroad) в 1887. Система работала удовлетворительно и была первым образцом телеграфной связи с движущимся поездом.
Натан Стабблфилд (ретроспектива).
К курьезным фактам истории развития беспроводной голосовой связи относится случай, произошедший в начале XX века с американским изобретателем Натаном Стабблфилдом (Nathan B. Stubblefield).
Его "радиотелефонные" системы, одна основанная на проводимости земли, другая – на индукции, вызвали большой ажиотаж в его родном штате Кентукки. Он утверждал, что осуществил первую беспроводную телефонную связь по земле уже в 1892. В попытке избавить телефон от проводов, Стабблфилд в действительности использовал не беспроводные методы, а скорее "непроводные". Первая из его систем функционировала за счет проводящих свойств влажной земли и состояла из угольного телефонного "передатчика" и множества батарей соединенных последовательно. На каждом конце линии во влажную землю втыкались металлические штыри. В 1902 году это было большой сенсацией:
Натан Стабблфилд, фермер из штата Кентукки утверждает, что изобрел телефонную передачу без проводов. На выставке в Марри (Murray), штат Кентукки, 1 января он убедил тысячи людей в правдивости своего сообщения… Стабблфилд поместил свой передатчик в здании суда и подключил два провода к земле. Он установил пять "слушающих станций" в различных частях города, самая дальняя находилась в шести кварталах от передатчика. После чего сын мистера Стабблфилда говорил, шептал и свистел в передатчик. Одновременно в каждом приемнике эти звуки были слышны с хорошей разборчивостью.
Демонстрация была организована компанией "Wireless Telephone Company of America", которая перед этим приобрела права на 500 000 акций изобретения Стабблфилда. Одно время казалось, что Стабблфилд разбогатеет. Компания также организовала эксперимент в центральном парке Нью-Йорка в июне 1902. Однако в этом случае эксперимент с треском провалился, прежде всего из-за каменистой почвы в парке, которая не проводила ток. Компанией было высказано обвинение, что якобы для работы системы Стабблфилд тайно прокладывает под землей скрытую проводку и подключает к ней штыри. В свою очередь Натан начал подозревать компанию в честности ее намерений и, после дальнейших разбирательств обнаружил, что компания была мошеннической. Он возвратился домой и убедил всех вложивших средства в компанию, потребовать назад свои деньги. Компания была закрыта, а жулики, вовлеченные в аферу, попали в тюрьму.
Возможно под влиянием работ Приса, Стабблфилд построил свою вторую систему. Она была основана на магнитной индукции. Кстати, подобные системы в настоящее время иногда используются для беспроводной передачи звука на наушники, благодаря индукционной катушке в виде петли, проложенной по периметру комнаты.
В мае 1908 Стабблфилд запатентовал магнитоиндукционную систему, в которой, в отличие от системы Приса, использовались телефон и батарея. Напряжение батареи через телефон подавалось на большие катушки индуктивности, подобные первичной обмотке гигантского воздушного трансформатора. После печального опыта с земной проводимостью, Стабблфилд отказался демонстрировать свою индукционную систему потенциальным инвесторам, из боязни потерять права на изобретение. Некоторое время он пытался использовать эту систему, но позже оставил затею, безрезультатно потратив четыре года в попытках заработать деньги. Дальность его системы составляла менее половины мили.
Что же натолкнуло ученого на решение, которое в конечном итоге привела к созданию микросхемы? Подобно множеству изобретателей, он хотел решить Проблему. Проблему, которую окрестили "тиранией соединений".
