Uddrag af: TELEFON Mikrofon og radiofon. Særligt med hensyn til anvendelse i praksis bearbejdet af Theodor Schwartze, ingeniør. Med 119 illustrationer. Wien, Pest, Leipzig 1882 A. Hartlebens Forlag Side 193 ff. oversat af Hans Christophersen, 2011. Oversættelsens 1. udgave. VII Radiofoni Ved radiofoni forstås overførsel og gengivelse af lydbølger ad telefonisk vej ved hjælp af lysstråler. Denne virkemåde er baseret på, at selens elektriske ledeevne ændrer sig, når lyspåvirkningen skifter intensitet. Det var den 27. august 1880, at professor Graham Bell ved American Association for the Advancement of Science's møde i Boston holdt et foredrag om resultaterne af de forsøg, som han og hans ven Summer Tainter havde udført vedrørende anvendelse af selén i telefoni. Det væsentligste af, hvad Bell meddelte, var: Det havde længe været kendt, at smeltet og hurtigt nedkølet selen ikke leder elektrisk strøm, og det er i denne tilstand glasagtigt og mørkebrunt. Men nedkøles selenet efter smeltningen meget langsomt, får det et mat blåligt metallisk udseende og en krystallinsk struktur; det er da ugennemsigtigt og ved almindelig temperatur en elektrisk leder. Modstanden mod den elektriske strøm bliver løbende større under overgangen fra fast til flydende tilstand, og når selenet udsættes for sollys, går det hurtigt over fra at være leder til at være ikke-leder. Forskellige forskere nåede ved yderligere undersøgelser frem til, at selens modstand mod elektrisk strøm var meget forskellig ved forskellige belysningsintensiteter, og især opdagede Werner Siemens, at særlig følsomme selensorter under indflydelse af lys og varme opfører sig modsat over for den elektriske strøm; og ved mange selenstykker androg modstanden under belysning undertiden kun en femtedel af modstanden i mørke. I stedet for kun at bruge et galvanometer til selenforsøgene, som andre havde gjort, anvendte Bell en telefon, hvorved han kunne gøre fænomenerne hørbare efter de samme love, som gør sig gældende ved induktion. Ved en hurtig følge af skift mellem lys og mørke sker der et tilsvarende skift af den elektriske ledningsevne i selen, og ved hjælp af telefonen kunne antallet af disse skift i en tidsenhed tilpasses antallet af svingninger i hørbare musikalske toner. I denne forbindelse havde Bell lagt mærke til det gunstige, at også de elektriske strømme, der er så svage, at de ikke fører til nogen hørbar tone ved simpel åbning eller lukning af strømkredsløbet i telefonen, får tydeligt hørbare toner til at opstå ved en hurtig følge af afbrydelser, og denne virkning tager til med tonens højde. Bell eksperimenterede nu på den måde, at han telefonerede ved hjælp af et bundt parallelle 1
lysstråler. Til dette formål fremstillede han et apparat, der kan påvirkes af stemmen på en måde, så der i lysstrålebundtet opstår intensitetsvariationer, der svarer til de lydbølger, der er frembragt af stemmen. Først måtte Bell og Tainter gå i gang med at fremstille følsomme selenstykker, såkaldte selenceller eller selenbatterier, for at kunne udnytte de ovenfor anførte ejendommeligheder ved selen til de ønskede formål. Det var forbundet med vanskeligheder, eftersom selenet yder en meget stor modstand mod strømgennemgang. For at nedsætte denne modstand så meget som muligt kan man kun anvende selen i form af yderst tynde blade eller film, for virkningen af telefonen, der er forbundet med det fotofoniske apparat, forstyrres ved for stærke strømme. I hvert fald var det nødvendigt, at modstanden i selencellen, der er størst i mørke, ikke overstiger 300 ohm. Efterfølgende falder modstanden til omkring halvdelen ved intensiv belysning. De første forsøg, man foretog for at løse den opgave at anbringe en tynd selenfilm mellem to platin- eller jernplader for at gøre dem egnet til at lede den elektriske strøm, var med dårligt resultat, fordi selenet ikke kom i tilstrækkeligt god kontakt med metalfladerne. Endelig opdagede Bell og Tainter, at messing er et glimrende egnet materiale hertil, selv om det går i kemisk forbindelse med selen under dannelsen af selenkobber, for ved netop denne kemiske indvirkning tilføres den ønskede tætte kontakt. En selencelle fremstilles nu på følgende måde: Man samler en søjle af små messingskiver med nogle noget mindre glimmerskiver imellem, således at der rundt om messingskiverne står en ganske snæver ringformet spalte fri. Så gnides en selenstav på en varm glasplade, således at glaspladen bliver overtrukket med en selenfilm. Nu opvarmes søjlen af messing og glimmer og rulles hen over selenfilmen, således at smeltet selen trænger ind i den smalle ringformede spalte. Cylinderen bliver afkølet langsomt og afdrejet på overfladen, og messingskiverne bliver skiftesvis forbundet med tråde til telefontrådene. Den således fremstillede selencelle er vist i længdesnit på figur 102. De skraverede dele er tværsnittet af messingskiverne; de lyse striber indimellem er de isolerende glimmerskiver, og de sorte steder er selenet. Derudover har Bell og Tainter fremstillet et fladt selenlegeme til en cylindrisk lysstråle på følgende måde: Af to kobberskiver er den ene forsynet med et antal tappe, der rager ud, og den anden med tilsvarende huller, således at tappene går ned i hullerne, men ikke fylder dem helt ud. De to skiver holdes sammen med skruer. De er isoleret fra hinanden med et mellemlæg af glimmer på nær en smal kant, som udfyldes med selen på samme måde som nævnt ved søjlen ovenfor. Idet skiverne er lidt tykkere ved kanten end ind mod midten, opnås, at det selenlag, der kommer imellem, er tyndest ved skivernes kant og derfor yder mindst modstand mod den elektriske strøm. En anden udformning af selenelementet blev opfundet af Mercadier; dette er vist i tværsnit i formindsket størrelse på figur 103. Fremstillingen er let og billig. 2
Der anvendes to messingstrimler a og b af ca. 1 mm tykkelse og 1 cm bredde. De er rullet sammen på den viste måde og holdes adskilt fra hinanden af to strimler pergamentpapir, der er lagt imellem. For at lette figurens overskuelighed er den ene messingstrimmel tegnet med fuldt optrukket streg og den anden med stiplet streg. Den således tilvirkede blok lægges mellem to messingplader c og d, som er forbundet med enderne af de to messingstrimler ved a' og b', og dette holdes i spænd mellem to brætter af hårdt træ, der holdes sammen af skrueboltene n og n. Elementet er koblet ind i strømkredsen ved hjælp af to skrueklemmer A og B, som står i metallisk forbindelse med pladerne c og d. Når dette er sket, og det med galvanometeret er eftervist, at der ikke er nogen som helst metallisk forbindelse mellem de to messingstrimler, bliver den polerede flade på messingstrimlerne overtrukket med selen på følgende måde: Apparatet opvarmes i et sandbad eller på en kobberplade med en bunsenbrænder under, indtil en selenstift, der er lagt ovenpå, begynder at smelte. Dernæst føres selenstiften hen over messingrullens sideflader, så der påføres et lag selen, der er så tyndt som muligt. Når temperaturen holdes på det rigtige punkt, antager selenet den skiferagtige farve, der er karakteristisk for dets største lysfølsomhed. Når overtrækslaget er påført og apparatet kølet af, kan det tages i anvendelse. For at beskytte overfladen mod slitage og beskadigelse dækkes den med marieglas eller et let anstrøg med shellakfernis, der påføres varm. Hvis apparatet er blevet beskadiget, må fladen påny affiles, poleres og igen overtrækkes med selen på den beskrevne måde. Disse elementers modstand varierer meget efter deres dimensioner, selenets beskaffenhed, fremstillingsmåde og forskellige tilfældigheder. Det således fremstillede selenelement er egnet til såvel alle radiofoniske og fotofoniske apparater som til talrige forsøg, ved hjælp af hvilke dette endnu lidet studerede metals ejendommelige elektriske egenskaber kan eftervises. For at opnå gode resultater forbindes omkring ti Leclanché-elementer til spænding til telefoner med stor modstand, dvs. med fin tråd i mange vindinger viklet om den jernkerne, der skal magnetiseres. Ved gennemførelse af radiofoniske eller fotofoniske forsøg kunne man benytte polariseret lys og påvirke det elektrisk eller magnetisk som illustreret på figur 104. 3
Mikrofonen M, der fungerer som sender, sidder i strømkreds med et batteri B og en elektromagnet P. Lyset fra en lyskilde F kastes gennem en linse L på et Nicol'sk prisme F og går derfra videre til analysøren R1. Den del af strålerne, der ligger mellem R og R1 omslutter polerne på elektromagneten P. Når mikrofonen M, mens der tales, påfører variationer i strømstyrken i B, drejes polarisationsfladen mere eller mindre, og følgelig forsvinder mere eller mindre stråler R1, hvilket kan mærkes i selencellen, så det kan overføres til en telefon, så der opstår lyd. Det bedste og enkleste er, at man bruger et planspejl af bøjeligt materiale, f.eks. forsølvet glimmer eller tyndt glas, og lader den talendes stemme virke mod spejlets bagside for derved at sætte det lys, spejlet tilbagekaster, i svingninger, der stemmer overens med diafragmas (membranens) svingninger. Vil man gentage lydene i nogen afstand, kan man benytte en kraftig lyskilde. Bell og Tainter eksperimenterede især med sollys, som de koncentrerede gennem linser på diafragmaspejlet, og ved hjælp af andre linser gjorde de igen strålerne parallelle og opfangede det på modtagestedet i et parabolspejl, i hvis brændpunkter den selencelle var opstillet, der var sluttet i strømkreds til en telefon og et galvanisk batteri. Figur 105 illustrerer dette apparat, som Bell betegnede som fotofon. Lysstrålerne bliver opfanget af planspejlet M, der reflekterer dem til linse L1, der kondenserer dem på spejldiafragma D, efter at de er blevet sendt gennem en opløsning af svovlsur lerjord, der befinder sig i et lille glaskar C, for at få absorberet de ikke lysende varmestråler. Spejlet D er forsynet med mundstykket O, gennem hvilket der tales ind mod bagsiden, så spejlet sættes i vibrationer, der fremkalder tilsvarende svingninger i det lys, som spejlet reflekterer. Disse påvirkede lysstråler kastes af spejlet D gennem spredelinsen L2 ind i parabolspejl P, i 4
hvis fokus selencellen befinder sig, der omsætter oscillationerne i lysintensiteten til svingninger i sluttekredsens strømstyrke og således reproducerer de fremkaldende lydbølger i telefonen T. Med dette apparat eksperimenterede Bell og Tainter mellem to huse i Washington med en afstand på 213 meter. De fandt ud af, at gengivelse af tale er muligt også med knaldluftlys og endog ved lyset fra en petroleumslampe. De mest hørbare virkninger opnåede de ved hurtige afbrydelser af lyset ved hjælp af en gennemhullet skive, der roterer lydløst og derved får musikalske toner til at opstå i telefonen, medens der ikke frembringes nogen tone i senderen (ved D på figur 105). Vil man imidlertid fremkalde virkninger langvejs fra, opstiller man foran den roterende skive en uigennemsigtig skærm, der ved hjælp af en arm kan svinges ind i og ud af lysstrålen. Ved at bevæge denne skærm med hånden kan man derpå frembringe musikalske tegn i det fjerne, svarende til stregerne og prikkerne fra et telegrafisk morseapparat. Selv med en skærm af hårdgummi kan man imidlertid ikke undertrykke tonerne helt, men det kan lade sig gøre, hvis man holder hånden imellem og således opfanger de usynlige stråler. Denne telegrafiske fremgangsmåde betegnes teleradiofoni. Figur 106 viser et større apparat med en noget modificeret indretning og er angivet med de samme bogstaver som de tilsvarende dele på den forrige figur. I retning af strålebundet P skal man forestille sig parabolspejlet med selencelle og telefon. Af interesse er de forsøg, der blev udført af Graham Bell i august 1880. Han iagttog nemlig, at tynde skiver eller diafragmaer af forskellige materialer gav lyd fra sig, når man udsatte dem for virkningen af en intermitterende, dvs. undulerende solstråle. Dette fænomen forsøgte Bell at forklare ved, at der indtrådte molekylare forstyrrelser i de substanser, der dannede diafragmerne, og at de fremkaldte tonerne. Noget senere underkastede Lord Raleigh denne genstand en matematisk undersøgelse og kom til den slutning, at de hørbare virkninger opstod, når pladerne blev bøjet på grund af uens opvarmning. Denne forklaring 5
er nylig blevet anfægtet af Preece, der mener, at selv om der måtte opstå vibrationer i pladerne grundet den intermitterende lysstråle, så er disse vibrationer ikke årsagen til lydvirkningerne. Ifølge ham genereres tonerne af de luftundulationer, der opstår, når luften opvarmes pulserende som følge af diafragma. Preece blev foranlediget til at forkaste denne teori, eftersom forsøgene, der skulle efterprøve den Raleigh'ske teori, var slået fejl, og han måtte nu søge i anden retning for at finde forklaringen på årsagen til de observerede mærkværdige fænomener. Herigennem blev han ført til den ovennævnte sindrige hypotese. Men de forsøg, der var mislykkedes for Preece, blev gentaget af Bell med stor succes, så rigtigheden af den Raleigh'ske hypotese kunne konstateres. I et foredrag for the American Association for Advancemment of Science den 27. august 1880 efterviste Bell understøttet af sine forsøgsresultater, at de hørbare lydbølger er resultatet af udvidelse og sammentrækning af det materiale, der er udsat for lysstråleindvirkning; og at der virkelig indtræder frem- og tilbagegående bevægelser i diafragma, som er i stand til af fremkalde lydeffekter. Grunden til, at Preeces eksperimenter slog fejl, lå deri, at han forsøgte at konstatere lydbølgerne ved hjælp af en Hughes'sk, meget følsom mikrofon (figur 107), og at den vibrerende flade var indskrænket til midtpunktet af diafragma. Under sådanne omstændigheder kunne det let ske, at ophængningen A, B til kulstangen i mikrofonen berørte nogle dele af diafragma, som befandt sig så godt som i stilstand. Det var af interesse for Bell at finde ud af, om den nævnte lokalisering af vibrationer, som han havde forudsat, virkelig indtrådte. Eftervisningen lykkedes for ham med det apparat, der er afbilledet på figurerne 108 og 109. Det afbildede instrument er en modifikation af den mikrofon, som Wheatstone havde opfundet allerede i 1827, og består i det væsentlige af en diafragma B af metal (figur 108). I Wheatstones oprindelige anordning blev diafragmet holdt direkte op til øret, og trådens frie ender blev bragt i berøring med 6
lydgiveren, f.eks. et ur. I den nuværende anordning er diafragmet spændt fast mellem periferierne af to udhulede plader ligesom et telefondiafragma (membran), og lydbølgerne ledes op til øret gennem et bøjeligt rør, i hvis frie ende lydtragten c sidder. Tråden A er ført gennem det rørformede håndtag D, og trådenden rager ud af dette håndtag. Hvis trådenden A blev holdt i midten af et diafragma påvirket af en intermitterende lysstråle, ville man kunne fornemme en klar musikalsk tone, når man lagde øret til lydtragten c. Den påvirkede diafragmaflade blev så på denne måde undersøgt yderligere med trådenden A og viste sig at være tonegivende på begge sider i alle belyste områder. Uden for diafragmets belyste dele blev tonerne stadig svagere, indtil de endelig i en vis afstand fra midtpunktet forsvandt. På de steder, hvor bærestykkerne til den Hughes'ske mikrofon (figur 107) var fastgjort, forholdt diafragmet sig naturligvis helt lydløst. Hermed turde rigtigheden af ovennævnte Raleigh'ske teori med hensyn til radiofoniske lydbølgevirkninger uden tvivl være eftervist. På de følgende figurer er vist nogle flere termofoniske apparater, der også hører til radiofoniens område. Fig. 110 og 111 viser termofoner. På fig. 110 er A overbringeren eller senderen, der består af et godt poleret tinspejl, der ligner Bells fotofonsender; B' er en hul jernkugle, der danner polen af magneten D. Denne kugle skal være meget tyndvægget og overtrukket med lampesod, så den hurtigt absorberer og igen udstråler de varmestråler, der rammer den. C er en isoleret spiral af kobbertråd, der ligger uden om magnetens virksomme pol, og som er koblet i strømkreds med en telefon E. Lydbølger af enhver art, der frembringes af senderen A, bevirker, at de reflekterede varme- og lysstråler undulerer unisono med lydbølgerne. Disse undulerende varme- og lysstråler rammer mod magnetpol B' og frembringer tilsvarende variationer i den magnetiske krafts styrke, hvorved der induceres magnetelektriske strømme i trådspolen C. Disse magnetelektriske strømme svarer i varighed 7
og styrke til de lydbølger, der er frembragt foran senderen A og reproducerer ved hjælp af telefonen E en hvilken som helst tone eller lyd, der er lydt foran senderen. Virkemåden af instrumentet på fig. 111 er meget lig det ovenfor beskrevne; forskellen ligger alene i anordningen af senderen, der består af et manometrisk flammeapparat af sædvanlig konstruktion, der genererer elektriske strømme i termosøjlen B2, og disse frembringer hørbare virkninger i telefonen E. Med hensyn til det manometriske flammeapparat skal bemærkes, at dette består af en resonanskasse A, der får tilført bygas gennem røret F, mens den regulérbare brænder B er anbragt på en lille kasse foran hulspejlet M. De øvrige bogstaver betegner de samme dele som på figur 110. Mercadier har videreudviklet det netop beskrevne system for teleradiofoni til en multiplextelegrafi for samtidigt at kunne sende et større antal af telegrammer på den samme tråd, og det både fra A til B og fra B til A. Til dette formål lader man flere lysstrålebundter falde på selencellen, og man gør hvert bundt intermitterende med en særlig skive, så at de telefontoner, der er frembragt af de enkelte skiver, har forskellig højde. Anbringer man dernæst på station B så mange telefoner, som der er lysbundter og roterende skiver til rådighed på station A, så vil der, når samtlige skiver i A arbejder samtidig, blive frembragt den samme sammensatte tone i alle telefonerne på station B. Tonens bestanddele er de toner, der svarer til de enkelte skiver. Mercadier forsyner nu alle telefoner med en resonator, der er afstemt efter den tone, der svarer til en bestemt skive i A, så at der af den sammensatte tones bestanddele kun forstærkes den tone, der svarer til resonatorens afstemning. Man vil derefter på den enkelte telefon tydeligt kunne høre de tegn, der kommer fra en bestemt skive, således at en skive og en telefon arbejder sammen som sammenhørende apparater uafhængigt af de andre apparater. Man kan således overføre lige så mange telegrammer samtidigt på den samme tråd, som der er antal drejeskiver i A og telefoner i B. Hvis man forsyner begge stationer med begge slags apparater, kan man samtidigt sende telegrammer begge veje. Denne slags telegrafi er interessant, men foreløbig uden praktisk værdi. 8