ИСТОРИЯ РАДИО В ИМЕНАХ

На пути к голосу

«ФОТОФОН», «РАДИОФОН» И ДЕРЕВЕНСКИЙ ДЕТЕКТИВ

В первые годы ХХ 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, была организована постоянная радиосвязь 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 очередного открытия.

Успехи Александра Белла и его телефонии не давали покоя десяткам, а то и сотням людей, жаждущим славы и денег. Патентовались сотни изобретений, исследования велись в различных направлениях. Предпринимались попытки использовать для телефонии свет, проводимость земли и магнитную индукцию. Некоторые из исследователей, например Александр Белл, 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.

Принцип работы устройств для передачи голоса с помощью света был достаточно прост. В передатчике яркий, направленный источник света модулировался голосом (мерцал) в соответствии с изменением тока, вызванным колебаниями мембраны угольного микрофона, включенного последовательно с источником питания. В приемнике использовался светочувствительный элемент на основе селена, включенный в цепь из источника питания и наушника. Падающий на селен свет от передатчика создавал слабое переменное напряжение, которое формировало звук в наушнике. Дальность действия подобного «светотелефона» была ограничена несколькими километрами и зависела от погодных условий, времени суток, яркости источника света и т.д.


«Фотофон» Александра Белла, 1880 г. Вверху – передатчик, внизу – приемник.

Наиболее удачной из световых систем был «фотофон», предложенный в 1878 г. Александром Беллом. В 1904 г. усовершенствованная система, названная Беллом «радиофон», демонстрировалась на выставке в Сент-Луи (шт. Луизиана). Хотя изобретение привлекло повышенное внимание, в дальнейшем оно не нашло практического применения.

«…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.»

И хотя в этой газетной выдержке чувствуется некоторый пафос, вызванный авторитетом Белла, тем не менее, пресса явственно прогнозировала потребность масс в голосовой связи. Впрочем, Белл был не столь амбициозен и позиционировал свое устройство как… «беспроводное дополнение к проводному телефону» – что-то наподобие современных беспроводных телефонных удлинителей.

В то время многие ученые работали над разновидностями телефонной связи с помощью света. Так в 1897 г. немецкий профессор Саймон (H.T. Simon) из Франкфурта обнаружил, что яркость свечения электрической 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. В 1901 г. немецкий изобретатель Эрнст Румер (Ernst Ruhmer) оборудовал несколько военно-морских судов своей версией светового телефона.

Одновременно со световой телефонией велись исследования по замене проводов естественной проводимой средой. В частности, Джон Троубридж (John Trowbridge) из Гарвардского университета в 1880 г. с помощью телефона Белла исследовал телеграфию Морзе, используя электрическую проводимость реки или влажной земли. Любопытно, что в дополнение к передаче голоса он обнаружил, что если достаточно часто прерывать подачу напряжения, то благодаря изменениям напряжения могли воспроизводиться музыкальные звуки.

В 1882 г. 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 (схема).

В этом же году сэр Вильям Прис (William Henry Preece) обнаружил перекрестное влияние между двумя близко расположенными проводными системами, по которым передавались телефонные или телеграфные сигналы (индукционная связь). Его первая функционирующая система обеспечивала связь между Гемпширом и о. Уайт (Англия) после того, как подводная лодка порвала телефонный кабель, проложенный через пролив шириной около мили. В дальнейшем Прис провел серию экспериментов, в результате которых в 1885 г. ему удалось повысить дальность связи до 6 миль.


Рисунок из заявки на патент беспроводного телефона Эдисона, 1885 г.

В 1885 г. Томас Эдисон запатентовал вариант беспроволочного телеграфа, который был наиболее близок к радио. 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 в США на Лейской железной дороге (Lehigh Valley Railroad) в 1887 г. Система работала удовлетворительно и была первым образцом телеграфной связи с движущимся поездом.

К курьезным фактам истории развития беспроводной голосовой связи можно отнести деятельность американского изобретателя Натана Стабблфилда (Nathan Beverley Stubblefield). Его «радиотелефонные» системы, одна – основанная на проводимости земли, другая – на индукции, вызвали большой ажиотаж в его родном штате Кентукки. Натан утверждал, что осуществил первую беспроводную телефонную связь по земле уже в 1892 г. 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 г. большую сенсацию вызвала демонстрация на выставке в Марри.

«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. В обществе появилась надежда, что изобретение перспективно и предприятие ожидает коммерческий успех. Компания также организовала демонстрацию в центральном парке Нью-Йорка в июне 1902 г. Однако в этом случае эксперимент с треском провалился, прежде всего, из-за каменистой почвы в парке, которая не проводила ток. Руководством компании 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 мошенничестве, что, кстати, и было обнаружено после дальнейших разбирательств. По возвращению в Кентукки, он убедил вкладчиков потребовать назад свои деньги. «Wireless Telephone Company of America» была закрыта, а жулики, вовлеченные в аферу, попали в тюрьму.


Натан Стабблфилд с индукционным телефоном.

В следующей магнитоиндукционной системе Стабблфилда, которую он запатентовал в мае 1908 г., напряжение батареи через телефон подавалось на большие катушки индуктивности, подобные первичной обмотке гигантского воздушного трансформатора. (Кстати, в настоящее время существуют аналогичные системы передачи звука. К примеру, на беспроводные наушники с помощью индукционной катушки в виде петли, проложенной по периметру комнаты.) После печального опыта с земной проводимостью Стабблфилд отказался демонстрировать свою индукционную систему телефонии потенциальным инвесторам из-за боязни потерять права на изобретение. Некоторое время он пытался внедрять свою систему, но, в конце концов, оставил затею, безрезультатно потратив четыре года в надежде на коммерческий успех. Дальность его системы составляла менее половины мили (ок. 800 м).

В мартовском номере журнала «Kentucky Progress Magazine» за 1930 г. 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.

Ограничения по дальности, зависимость от погодных условий и времени суток, громоздкость и сложность реализации стали непреодолимыми преградами в развитии систем телефонии на основе света, индукции и естественных проводников. Несмотря на многочисленные и относительно успешные эксперименты, к началу XX века подобные системы так и не вошли в повседневную жизнь.

 

И ВСЕ-ТАКИ РАДИОВОЛНЫ

К 1902 г. беспроволочный телеграф Маркони стал общепризнанным явлением. И хотя еще делались жалкие попытки совершить переворот в беспроводной связи, «волны Герца» неотвратимо наступали по всем фронтам. Световые и индукционные системы с их ограниченной дальностью уже никем не принимались всерьез. Знаменитый символ «S», перелетевший океан, в одночасье сделал неактуальными все «негерцевские» системы связи. Именно с помощью радиоволн отряды исследователей искали пути передачи речи по эфиру.

Основным технологическим ограничением перехода на голосовую связь были приемники, используемые для приема телеграфных сигналов. В системах Маркони точки и тире кода Морзе детектировал когерер, который, подобно выключателю, начинал проводить ток при приеме электромагнитных импульсов. Когерер идеальным образом подходил для импульсов, но не обладал достаточным быстродействием для приема сигналов звуковой частоты. Когерер не мог детектировать голос, что являлось серьезным техническим препятствием к развитию радиотелефонии. Для голосовой связи требовались новые изобретения. И они не замедлили появиться. «Жидкостный бареттер» (Liquid barretter) Фессендена, галенитовый детектор Пикарда должны были «озвучить» радиосвязь.

 

ПЕРВЫЕ ЛАСТОЧКИ

Реджинальд Обри Фессенден (Reginald Aubrey Fessenden), 1866–1932

Реджинальд Фессенден родился в Квебеке (Канада). Будучи сыном министра, он получил прекрасное образование в Канаде и США. Во время обучения «проявлял повышенный интерес к математическим и научным предметам».

В 1876 г. десятилетний Реджинальд присутствовал на демонстрации Александром Беллом телефона в лаборатории в Брантфорде (провинция Онтарио, Канада). Шестью днями позже Белл передал по телефону сообщение на рекордное по тем временам расстояние – 113 км, из Парижа (Онтарио) в Торонто (Онтарио). С благоговейным трепетом наблюдал Реджинальд за «чудесами» Белла и возможно именно тогда в душе мальчишки зародилась мечта о голосовой связи без проводов.

С 1900 г. Фессенден начал эксперименты в области радиотелеграфной связи для Американского бюро погоды. Целью работ было изучение возможности использования радиосвязи в передаче метеосводок и прогнозов. В это же время он всерьез заинтересовался передачей голоса и разработал принцип «наложения вибрирующих волн звуковой частоты на постоянную радиочастоту, чтобы модулировать амплитуду радиоволны в форму звуковой волны». В дальнейшем этот принцип был назван амплитудной модуляцией.

К 1902 г. Фессенден имел 13 патентов в области беспроводной связи в которых были затронуты вопросы «усовершенствования строительства антенн», «средства усиления принимаемых сигналов», «беспроводной телефон».

Мало кто из ученых разделял идеи Фессендена относительно голосовой связи. «Большой Томас» (Эдисон) так прокомментировал высказывания Фессендена: «…Что предлагает Феззи (Fezzie – Фессенден)? Как вы считаете, может ли человек допрыгнуть до Луны? Я думаю, что это так же вероятно, как и то, что он предлагает»…

Увы, Эдисон ошибался.

«…Впервые передал речь без проводов летом 1900 методом, изложенным в патенте №706747. Для повышения разборчивости принятой речи и устранения большого количества посторонних шумов в телефоне были изобретены различные устройства…» – писал Фессенден о своих ранних экспериментах. Нельзя с уверенностью утверждать имел ли место этот исторический факт, в особенности с учетом исторического портрета ученого (об этом немного позже), но вполне вероятно, что Фессенден все-таки передал и принял голос по радио уже в 1900 г.

В 1902 г. Фессенден начал работу в компании NESCO (National Electric Signalling Company), которая финансировала его разработки. В 1903 г. получил патент на «жидкостный бареттер» (Liquid Barretter) – детектор, основанный на свойствах зоны соприкосновения электрода и электролита. Это устройство стало важнейшим изобретением со времен когерера – наконец-то появилась возможность слышать в наушниках голос с приемлемым качеством.

Из записей Фессендена: «…Во время первых испытаний были переданы не только речь, но и записанные на фонографе речевые сообщения и музыка. Все получаемые радиосообщения отличались четкостью и разборчивостью и в этом отношении заметно выигрывали по сравнению с обычными линиям проводной связи».

По свидетельству современников Фессенден был сложным человеком. Он был «эксцентричным гением». Александерсон вспоминал: «Фессенден был властен и претенциозен с людьми, он считал всех ниже себя. Когда что-то шло не так, он иногда увольнял кого-либо, чтобы снова принять на следующий день».


Лаборатория Фессендена, Брант Рок.

Вместе с ростом научно-технических достижений команды Фессендена набирала силу эксцентричность руководителя. Он испытывал растущую паранойю, что кто-то может воспользоваться его изобретениями. Лаборатория в Брант Роке стала сверхсекретным объектом, где информация и аппаратура всегда находилась под замком. Случайное посещение Ли де Форестом одной из лабораторий Фессендена в 1903 г. привело к ряду судебных процессов относительно кражи де Форестом проекта бареттерного приемника. После трех заседаний суд отклонил обвинения в нарушении патентных прав против Фореста, но это обошлось Фессендену в более чем 100 000 долларов и усилило его паранойю.


Фессенден (в центре) с сотрудниками. Брант Рок, 1906.

Наиболее значимым событием в деятельности Фессендена была его первая радиопередача в канун Рождества (24 декабря) 1906 г. из Брант Рока – маленькой деревушки на берегу Атлантики к северу от залива Кейп Код (Cape Cod) в штате Массачусетс. В 1932 г. в письме вице-президенту компании «Westinghouse» Кинтнеру (S.M. Kintner) Фессенден так описал это событие:

Радиопередача была объявлена за три дня до Рождества. Судам американского флота и компании «United Fruit», которые были оборудованы нашими телеграфными аппаратами, было передано сообщение, что в канун Рождества, на сочельник, мы будем проводить экспериментальные радиопередачи речи, музыки и песен. Программа передачи была следующая: вначале моя краткая речь о том, что мы собираемся делать, затем немного музыки фонографа: «Ларго» Генделя. Далее моя сольная игра на скрипке: отрывок из «O, Святая ночь», Гуно и окончилась передача песней «Почитание и смирение» («Adore and be Still») из которой я спел один куплет под аккомпанемент скрипки. Хотя мое пение, конечно, было посредственным. Затем шел текст из библии: «Слава Богу на небесах и людям доброй воли на земле» («Glory to God in the highest and on earth peace to men of good will») и на этом мы закончили передачу, желая всем счастливого Рождества.

Нередко передачу голоса и музыки в 1906 г. называют еще и первой радиовещательной программой. Может быть и так, но не стоит забывать, что заявленной целью Фессендена было создание голосовой радиотелефонии для коммерческих целей и в этом первенство Фессендена неоспоримо.

Генератор переменного тока Александерсона, используемый в радиопередачах 1906 г., успешно продемонстрировал, что по радио может передаваться голос и музыка, а жидкостный бареттер Фессендена стал первым детектором, позволившим принимать естественные звуки, а не специальные коды и навсегда оторвал приемник от его «механических корней».


Антенная мачта в Брант-Роке; высота – 131 м. (Открытка, 1910).

Реджинальд Фессенден был оригинальным мыслителем, но вместе с тем весьма эксцентричным человеком, чем и была вызвана его ранняя отставка из компании NESCO в 1910 г. По свидетельству очевидцев: «…Фессенден нуждался в ванне особой формы, чтобы разместить свое огромное тело и он получил ее под кодовым названием “Копировальная стиральная машина”».

Последней каплей, переполнившей чашу терпения руководства NESCO, стало возвращение Фессендена из вояжа по Европе с чрезмерной расходной ведомостью. Компания не согласилось оплачивать его расходы и он был уволен. С поредевшим штатом сторонников и отсутствием денег на продолжение исследований Фессенден оставил радио-бизнес.

К концу жизни на счету Фессендена было около 500 патентов, среди которых генератор переменного тока высокой частоты, фазометр, звуковой глубиномер, радиокомпас, подводные устройства сигнализации, дымовая завеса (для танковых сражений) и многое другое. Одной из важнейших заслуг Фессендена в контексте голосовой радиосвязи была разработка принципа гетеродина: «…Принятая радиочастота смешивается с другой частотой, отличной от несущей. В результате сложения получается постоянная промежуточная частота, которую проще усиливать и демодулировать».

 

ОТ ДУГИ К ГЕНЕРАТОРУ ИЛИ СКРОМНЫЙ АМЕРИКАНСКИЙ ШВЕД

Эрнест Александерсон (Ernst Frederik Werner Alexanderson), 1878–1975

История жизни Эрнста Александерсона это отражение развития электротехники за более чем половину столетия. Родившись в Швеции, он в 23 года эмигрировал в США и в 1902 г. начал работу в компании «Дженерал Электрик». В 1904 г. молодому иммигранту была поручена задача, расцененная всеми экспертами как невозможная – проектирование для пионера голосового радио Реджинальда Фессендена генератора частотой 100 000 Гц с выходной мощностью, измеряемой киловаттами. Существующие в то время генераторы обеспечивали максимальную частоту 60 Гц, поэтому задача Фессендена считалась большинством инженеров неразрешимой. Александерсон принял вызов и 24 декабря 1906 г. Фессенден смог впервые в истории передать по радио голос и музыку благодаря высокочастотному генератору частотой 100 кГц и выходной мощностью 2 кВт.

Маркони, посетивший Шенектеди в 1915 г., осмотрел генератор переменного тока Александерсона и отметил его превосходство над собственным оборудованием, установленным на недавно построенной радиостанции. В результате оборудование Маркони было демонтировано и установлен новый 200-киловаттный генератор переменного тока Александерсона. Предприимчивый Маркони дважды, в 1915 и 1919 годах, выражал желание купить у компании GE исключительные права на продажу генераторов переменного тока на мировом рынке. В свою очередь, тогдашний президент США Вильсон (Thomas Woodrow Wilson) обратился к руководству GE с просьбой не продавать права – из опасений доминирования Англии в области беспроводных коммуникаций. Для противодействия иностранному монополизму 17 октября 1919 г. была создана новая корпорация Radio Corporation of America (RCA), приоритетной задачей которой был маркетинг генераторов переменного тока. Главным инженером компании был назначен Александерсон.

Одним из первых проектов, реализованных RCA, было оборудование Центральной радиостанции международной связи, строящейся в Лонг-Айленде. На станции было установлено 12 настраиваемых антенн – еще одно из многочисленных изобретений Александерсона. Антенны были направлены в разные стороны света, охватывая всю планету. Одна из антенн предназначалась для связи со Швецией, куда были поставлены генераторы переменного тока для радиостанции в Гриметоне (Grimeton) на западном побережье страны. Подготовка оборудования для родины осуществлялась под личным руководством Эрнста Александерсона. Гриметонская радиостанция была торжественно открыта королем Швеции Густавом V в 1925 г. В день открытия король направил телеграмму тридцатому президенту США Кулиджу (John Calvin Coolidge). В послании, в частности, говорилось об углублении культурных и коммерческих отношений между Швецией и Соединенными Штатами с их «демократическими принципами, позволившими миллионам шведам обрести новый дом». На торжественном открытии присутствовал вице-президент компании RCA Дэвид Сарнов и главный инженер Эрнст Александерсон. Радиостанция имела большое значение для связи Европы с США, особенно во время второй мировой войны, когда кабельные линии через Атлантику были перерезаны.


Генератор переменного тока GE разработки Александерсона. Мощность – 2 кВт, частота – 100 кГц. Брант Рок, 1906 г.

Стоит отметить, что 2 июля 2004 г. радиостанция SAQ в Гриметоне (Швеция) включена в список Всемирного наследия ЮНЕСКО как «исключительно хорошо сохранившийся памятник ранней трансатлантической радиосвязи». В настоящее время эта единственная в мире действующая радиостанция с механическим генератором переменного тока.


Современный вид радиостанции SAQ в Гриметоне, Швеция (вверху). Генератор переменного тока Александерсона (внизу).

За время своей 46-летней трудовой деятельности Александерсон стал самым плодовитым изобретателем компании GE. Он получил в общей сложности 345 американских патентов. Причем последнюю заявку на патент он подал в 1968 г. в 89-летнем (!) возрасте. Его изобретательский талант проявился в электрогенераторах и передаче энергии, в телефонии и факсимильной связи, в электрификации железных дорог и электродвигателях для судов, в радиотехнике и телевидении. В 1983 г. за изобретение высокочастотного генератора переменного тока имя Эрнста Александерсона было занесено в список величайших изобретателей США в Национальном зале славы.

Почему же один из величайших изобретателей Америки едва известен в ненаучных кругах? Почему его заслуги не сравнялись со славой Эдисона или Маркони? Ответ довольно прост. Александерсон был рядовым служащим, посвятившим большую часть жизни работе на компанию «Дженерал Электрик». Он не был фанатиком-изобретателем в одиночку в полутемной лаборатории исследовавшим тайны природы. Он не создал компании, имени себя. Он не жаждал славы. Он был скромным американским шведом…

Наиболее значимые изобретения Александерсона – высокочастотный генератор переменного тока и система сканирования для механического телевидения – были вскоре заменены другими технологиями, которые и определили дальнейшее развитие радиосвязи.

Карта сайта