Лі де Форест (26.08.1873 - 30.06.1961)

Присвячується шанувальникам «теплого лампового звуку»

Лi де Форест (26 серпня 1873 року — 30 червня 1961 року) був американським інженером та винахідником, родоначальником радіоелектроніки і піонером звукозапису на кіноплівці. Він отримав понад 180 патентів. Брав участь у кількох великих судових процесах щодо патентів, витратив значну частину свого доходу на законні рахунки та навіть був засуджений і виправданий за шахрайство з використанням пошти. Його найвідомішим винаходом у 1906 році була трьохелектродна вакуумна лампа Audion (тріод), перший у світі практичний підсилювальний пристрій. Хоча Де Форест мав дуже приблизне розуміння того, як він працює, це був фундаментальний винахід у галузі електроніки, що уможливив радіомовлення, міжміські телефонні лінії та звукове кіно, а також комп'ютери.

Лi де Форест народився 1873 року в Каунсил-Блафс, штат Айова, у родині Анни Маргарет (уродженої Роббінс) і Генрі Свіфта Де Фореста. Він був прямим нащадком Джессі де Фореста, лідера групи валлонських гугенотів, які втекли з Європи в XVII столітті через релігійні переслідування.

Батько Де Фореста був священиком-конгрегаціоналістом, який сподівався, що його син теж стане пастором. 1879 року старійшина де Форест став президентом Талладезького коледжу Американської місіонерської асоціації в Талладегу, штат Алабама, школи, «відкритої для усіх статей, незалежно від секти, раси чи кольору шкіри», в якій навчалися переважно афроамериканці. Багато місцевих білих громадян обурювалися школою та її місією, і Лі провів більшу частину своєї юності в Талладегу, ізольованим від білої громади, з кількома близькими друзями серед чорношкірих дітей міста.

Де Форест підготувався до вступу в коледж, відвідував школу Маунт-Хермон для хлопчиків, штат Массачусетс, протягом двох років, починаючи з 1891 року. У 1893 році він вступив на трирічний курс навчання до Шеффілдської наукової школи Єльського університету в Нью-Хейвені, штат Коннектикут. Він отримував стипендію в 300 доларів на рік, встановлену для родичів Девіда де Фореста. Переконаний у тому, що йому судилося стати відомим і багатим винахідником, і йому постійно бракує коштів, він прагнув зацікавити компанії серією створених ним пристроїв та головоломок і представив есе на призових конкурсах, причому всі з невеликим успіхом.

Після завершення навчання в університеті, у вересні 1896 року Де Форест навчався три роки в аспірантурі. Його електричні експерименти мали тенденцію спричиняти вибухи, призводячи відключення електрики в усьому будинку. Навіть після того як його попередили, щоб він був обережнішим, йому вдалося відключити світло під час важливої лекції професора Чарльза Гастингса, який відповів тим, що де Фореста виключили з Шеффілда.

Все ж йому вдалося закінчити навчання 1896 року, і він здобув ступінь бакалавра, а пізніше, 1899 року, ступінь доктора філософії. Його науковим керівником був Джозайя Віллард Гіббс.

До винаходу лампи Audion радіоапаратура, якою користувалися Олівер Лодж, Гульєльмо Марконі та Олександр Попов, вирізнялася досить низькою чутливістю і була здатна приймати лише імпульсні сигнали коду Морзе. Передавач складався з котушки Румкорфа, батареї постійного струму та телеграфного ключа, з'єднаних в електричний ланцюг. До високовольтних роз'ємів котушки приєднувалися дроти антени та заземлення (або противаги). Пристроєм, що сприймав високочастотні сигнали, був когерер (трубка Бранлі), а індикація точок і тире здійснювалася електричним дзвінком або зумером. Введення в електричну схему приймача радіоламп дозволяло різко підвищити дальність прийому радіосигналів і також приймати не лише код Морзе, а й голосові передачі. У цьому випадку замість дзвінка використовувалися високоомні головні телефони (навушники). 12 січня 1910 року відбулася експериментальна радіопередача — трансляція уривків опери «Тоска» з використанням апаратури Лі де Фореста. Надалі він для комерціалізації свого винаходу почав транслювати по радіо рекламу, біржові зведення та результати виборів.

Створення Audion дозволило тепер легко конструювати підсилювачі, генератори незатухаючих струмів високої частоти, аналогові суматори, електронні комутатори, стабілізатори струму і багато іншого.

Спочатку Audion мав багато недоліків. Через недосконалість вакуумної техніки в той час, всередині радіолампи було ще дуже багато молекул газів. При роботі приладу вони іонізувалися та працювали побічними носіями зарядів. Це надавало вольт-амперній характеристиці лампи істотної нелінійності і додавало спотворень у вихідний сигнал. Крім того, швидко зношувалися електроди лампи, передусім чергу катод. Сам де Форест щиро помилявся і вважав іонну провідність у тріоді основною, а електронну — побічною.

У радіолампи ефект посилення відбувається завдяки тому, що слабкий електричний сигнал керує струмом, що протікає крізь лампу, тобто рухом зарядів, а цей струм може розвивати значну потужність за рахунок енергії зовнішньої батареї або іншого джерела постійного струму. Основні фізичні процеси в лампі відбуваються у вакуумі — у сталевому, керамічному або скляному балоні, з якого ретельно відкачали повітря. У вакуумі вільних носіїв зарядів немає, і вакуум є дуже гарним ізолятором. Для того щоб носії зарядів з'явилися, всередину колби лампи вводять перший електрод — катод. Катод нагрівається постійним або змінним струмом до високої температури 800-2500 градусів Цельсія. Для цього катод виготовляють у вигляді спіралі з дроту тугоплавкого металу, наприклад, вольфраму, з двома електричними контактами. При нагріванні катода навколо нього утворюється хмара електронів, які йдуть з поверхні металу. Це явище називають термоелектронною емісією. Так влаштована лампа Едісона. У неї лише один електрод — катод. Далі. Вводимо в лампу другий електрод — анод. Якщо катод перебуває під позитивним потенціалом, а анод — під негативним, то струм через лампу не йде, позаяк електрони (негативні заряди) відштовхуються від анода (негативний заряд) і повертаються назад на катод (позитивний заряд). А якщо катод заряджений негативно, а анод позитивно — струм йде. Таким чином, двохелектродна радіолампа (діод) може працювати як випрямляч потужного змінного струму (кенотрон), так і як детектор високочастотного сигналу в радіоприймачі. Кенотрон винайшов сер Джон Амброз Флемінг у 1904 році. Якщо між анодом та катодом помістити ще один електрод — сітку, то вийде лампа з трьома електродами — тріод.

Значення третього електрода в лампі дуже велике. Подаючи слабкий сигнал у ланцюг сітки тріода, ми отримуємо такий самий сигнал, але з більшою амплітудою в ланцюзі анода лампи. Таким чином тріод виробляє збільшену копію слабкого електричного сигналу. Форма сигналу при цьому не має значення. Сигнал може бути синусоїдальним, імпульсним, трикутним, прямокутним, трапецієподібним. Лi де Форест винайшов вакуумний тріод у 1906 році і назвав його «аудіон», а наступного року отримав патент на винахід лампового радіоприймача прямого посилення. Де Форест подав ще одну заявку в 1916 році на винахід регенеративного радіоприймача з позитивним зворотним зв'язком, що спричинило тривалу судову тяганину з іншим американським винахідником Едвіном Армстронгом, який подав заявку двома роками раніше.

Оптичний запис звуку за методом Лі де Фореста «Фонофільм» був запатентований у 1919-1920 роках. Це була одна з перших у світі спроб виробництва звукового кіно. Якість такого звукозапису залишало бажати кращого.

Запис звуку відбувався так. Сигнал від мікрофона надходив на вхід підсилювача низької частоти. Підсилювач був зроблений на лампах Audion. Навантаженням підсилювача була невелика лампа розжарювання. Яскравість світіння лампи відповідала амплітуді звукового сигналу, а прогальність світлових імпульсів кодувала частоту звуку. Оптична фонограма записується безпосередньо на плівку у вигляді паралельних ліній змінної чорноти (оптичної щільності). Світловий потік за допомогою відбивача і набору лінз спрямовують на рухому кіноплівку, де він залишав на ній звукову доріжку. Синхронно з фотографічним записом звуку на кіноплівку експонувалися кінокадри. Таким чином, після експонування і хімічної обробки виходив кінофільм з оптичною звуковою доріжкою. Вона розташовувалася між кадрами фільму і перфорацією. Перфорація в кіноплівці необхідна для переривчастого руху останньої у фільмовому каналі. Кіноплівка мала ширину 35 мм.

Пристрій для зчитування фонограми встановлювали не позаду, а попереду кадрового вікна кінопроекційного апарату. Через те, що в кадровому вікні кінопроекційного апарату кіноплівка рухається переривчасто, зчитування і відтворення звуку супроводжувалося великими нелінійними детонаційними спотвореннями. Зчитування фонограми відбувалося за допомогою фоточутливого резистора.

Через інерційність нитки розжарювання лампи верхня межа звукового діапазону під час запису виходила лише 200-400 герц. Для порівняння звуковий діапазон механічної грамофонної записи становить від 150 до 4000 герц. До того ж, «Фонофільм» був прив'язаний до стандартної швидкості проекції німого кіно 16 кадрів на секунду. Тому після появи досконаліших систем запису звуку винахід Лі де Фореста швидко втратив актуальність.

1922 року де Форест отримав Медаль пошани IRE за «винахід трьохелектродної лампи і визнання його великого внеску в радіо».

У 1946 році він отримав Медаль Едісона Американського інституту інженерів з електротехніки «За великі технічні і соціальні досягнення, пов'язані з винаходом електронної лампи з керуючою сіткою».

Лi де Форест отримав премію Академії кіномистецтва (Оскар) в 1960 році за «свої новаторські винаходи, які привнесли звук в рухомі зображення», а також зірку на голлівудській Алеї слави.

Лi де Фореста запросили 22 травня 1957 року до телевізійного шоу «Це твоє життя», де його представили як «батька радіо і дідуся телебачення». Він переніс важкий серцевий напад у 1958 році, після чого залишався майже повністю прикутим до ліжка. Помер у Голівуді 30 червня 1961 року у віці 87 років, був похований на кладовищі Місії Сан Фернандо в Лос-Анджелесі, штат Каліфорнія. Де Форест помер відносно бідним, маючи лише 1250 доларів на своєму рахунку в банку.

Є теорія, що в разі війни із застосуванням ядерної зброї вся радіоапаратура і комп'ютери на напівпровідниках, яка не має сталевих екранів, вийде з ладу під впливом на них електромагнітного імпульсу. Але це не стосується радіоапаратури на лампах.

Перелік використаної літератури:

1. Lee de Forest
2. Audion
3. Phonofilm
4. Сворень Рудольф Анатольевич. Шаг за шагом. От детекторного приёмника до супергетеродина. Государственное издательство детской литературы. М. 1963