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唱片之父:貝利納與他的唱盤留聲機——《資訊大歷史》

azothbooks_96
・2022/07/02 ・3145字 ・閱讀時間約 6 分鐘
埃米爾.貝利納

埃米爾.貝利納(Emil Berliner),1851 年 5 月 20 日至 1929 年 8 月 3 日。

如果你是一位古典音樂發燒友,那麼一定聽過德意志唱片公司的鼎鼎大名。這家公司成立於 1898 年,是世界上最早的古典音樂廠商,它的創始人正是唱盤留聲機的發明者——埃米爾.貝利納。貝利納是出色的發明家兼企業家,是當之無愧的「唱片之父」。到目前為止,世界最知名的幾大唱片商標幾乎都與他有關聯。

愛迪生是個具有商業頭腦的發明家,他很在意一項發明的商業前景,因此根本不會花精力去推廣那個音質不太好、用幾次就壞的留聲機。這和他大力推廣照明系統形成了鮮明的對比。

不過,在研究錄音和揚聲裝置的過程中,愛迪生不斷改進揚聲器的語音品質,並將很多的專利授權給了做電話的貝爾。雖然貝爾對留聲機比較感興趣,也改進過愛迪生發明的留聲機,但效果也不是十分理想。

延伸閱讀:愛迪生誕辰|科學史上的今天:2/11

要製造出一種實用的、大家真正願意購買的留聲機,就需要搞清楚聲音中到底包含了哪些資訊,然後將它們不失真地記錄下來;同時,還需要把記錄下來的聲音資訊大量複製,賣給大眾。

早在十七世紀,伽利略就發現聲音和振動相關,這種機械振動在空氣中以波的形式傳播,傳入我們的耳朵,就是聲音。振動的頻率越高,我們聽到的聲音就越高,人們甚至可以通過調整琴弦振動的頻率,發出不同的音高。但是人們並不知道為什麼每個語音聽起來都不一樣,為什麼 a 聽起來是 a,不會是 o。到了十九世紀初,法國數學家和流體力學家傅立葉(Jean Baptiste Joseph Fourier)發明了傅立葉轉換,它可以將任何波動信號變成很多單一頻率的波動信號(正弦波)的組合。

延伸閱讀:無所不能的傅立葉轉換:傅立葉誕辰|科學史上的今天:3/21

這其實揭示了各種複雜聲音的本質,就是各種單一頻率聲音的組合。a 的聲音和 o 的聲音裡面都包含了很多相同頻率的波動信號,但是它們的組合方式不同。a 在某個頻率上音量特別大,而在另外一些頻率音量特別小;相反的,o 在另外一些頻率上音量比較大,因此它們聽起來並不相同。

要想清晰完整記錄聲音的資訊,記錄聲音振動的儀器就需要足夠精確地把不同頻率聲音的變化都記錄下來。同樣的,要想讓揚聲器播放的聲音十分逼真,就需要它振動的頻率範圍和人發音的頻率範圍一致。愛迪生其實僅解決了第二個問題,但是沒能很好地解決第一個問題,即他不能準確地把這種頻率的聲音都記錄下來。

解決第一個問題的,是美籍德裔發明家貝利納(Emile Berliner)。一八七○年,十九歲的貝利納為了躲避普法戰爭,隨著父母全家移民到了美國。貝利納剛到美國時做的是收入最低的工作,包括洗碗和送報。但是出於對發明的興趣,他很快就在電話和留聲設備研發方面嶄露頭角。他改進了電話話筒,並因此獲得專利。這個專利被貝爾買走,隨後他也就順理成章成為貝爾電話公司的一名工程師。

一八八六年,貝利納開始研究留聲機。他把一個圓盤均勻塗上石蠟,然後用一根針在石蠟上記錄聲音的振動。由於圓盤的旋轉比圓筒要穩定許多,而且堅硬的細針在石蠟上劃過時,可以準確記錄下各種頻率聲音振動時的細節,因此從一開始,貝利納研製的留聲機的聲音品質就比愛迪生的好很多。更重要的是,圓盤很容易生產,這種留聲機記錄聲音的材料成本要比愛迪生的低得多。

愛迪生是一個在發明權方面從不讓步的人。他和貝利納打了一場曠日持久的官司,最終獲勝。然而,他的那種圓筒式留聲機雖然後來也改進了聲音品質,但實在不便於普及,很快就在市場上消失了。

在和愛迪生打官司期間,貝利納在柏林開辦了一家唱片公司,這就是著名的「德意志留聲機公司」(Deutsche Gramophone)。直到今天這家公司的黃色商標,依然被音樂發燒友視為唱片高品質的象徵。

德意志留聲機公司(Deutsche Gramophone)的商標。 圖/wikimedia

貝利納還發明了一種大量複製唱片的方法。他在圓形鋅片上塗上石蠟,在錄音時,聲音振動控制的錄音針就會劃去鋅片上的石蠟,然後將鋅片用酸腐蝕,被劃掉石蠟的部分就會被腐蝕出聲道。這樣就得到了唱片的母盤,之後就能大量地複製唱片了,唱片的成本低到工薪階層的家庭完全能夠支付得起。

進入二十世紀,馬可尼在無線電報上的成功讓一些發明家開始嘗試使用無線電傳輸語音和音樂信號。人們將聲音的頻率和振幅載入到固定頻率的無線電波上,並隨著無線電波一同被發送到遠方。在接收端,接收機再將聲音信號從無線電波中分離出來。

一九○六年十二月,美國發明家和企業家費森登(Reginald Fessenden)開始了無線電廣播業務,播放音樂和一些音訊節目。但是由於沒有很好的接收機,這種廣播失真嚴重,而且一台接收機只能接收很低頻率的信號,因此也無法普及。

貝利納研製的留聲機。圖/Wikipedia

人們在進行無線電廣播時認識到,在資訊傳輸中存在一個必須解決的大問題,那就是信號的失真和被干擾。雖然在進行有線傳輸或者無線電報發送時,資訊失真的問題也普遍存在,但是大家對它的認識只局限於信號「足夠好」或者「不太好」。如果是前一種情況,大家就認為此時能夠進行通信;如果是後一種情況,大家就認為此時通信中斷了。

但是到了無線電廣播時,人們發現,儘管收到的語音能夠辨識,但是和說話人的語音聽起來完全不同。至於干擾,有線通信是不容易被干擾的,因為每個設備之間都有自己專用的線路;但是無線通訊則不同,電磁波在經過大氣時,會被自然界本身的電磁波干擾,接收到的信號中混有大量雜訊,有時雜訊甚至比信號還強,以至無法準確辨識信號。

那時還沒有關於資訊失真和雜訊的理論,我們今天常說的失真率、信噪比,都是在資訊理論出來之後才被普遍接受的概念。當時的工程師只能靠摸索來消除失真和雜訊的影響,但是效果並不理想。

這種情況在兩個發明出現之後才得到有效的改善:一是一九○七年美國科學家德福里斯特(Lee de Forest)發明了電子三極管;二是一九一七年法國發明家萊維(Lucien Lévy)提出了超外差式接收原理。之後,馬可尼及時將業務轉移到無線電廣播上來,他在英美等國迅速建立起無線電臺,並在全世界銷售收音機。

一九二○年六月,英國馬可尼公司利用廣播轉播了音樂會的盛況。同年,美國西屋電氣公司的廣播站利用廣播報導了總統選舉的情況。

留聲機和無線電廣播的出現大幅度豐富了人們的生活,大眾可以藉由它們欣賞高水準的音樂和文藝節目,同時,人們獲取資訊的方式也從閱讀報刊書籍逐漸變為聽廣播。當然,人類也從此開始記錄文字以外的資訊。

今天,我們能夠聽到邱吉爾在二戰時的精彩演說,以及馬丁.路德在半個世紀前呼籲人權平等的聲音。那些聲音所傳達給人們的資訊,不僅包括演說的內容,還有他們豐富的情感,這是在留聲機出現前人們完全無法想像的。

當然,對人類來說,更豐富的資訊是在圖片中。

——本文摘自《資訊大歷史:人類如何消除對未知的不確定》,2022 年 6 月,漫遊者文化,未經同意請勿轉載。

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azothbooks_96
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漫遊也許有原因,卻沒有目的。 漫遊者的原因就是自由。文學、人文、藝術、商業、學習、生活雜學,以及問題解決的實用學,這些都是「漫遊者」的範疇,「漫遊者」希望在其中找到未來的閱讀形式,尋找新的面貌,為出版文化找尋新風景。

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特斯拉誕辰 │ 科學史上的今天:07/10
張瑞棋_96
・2015/07/10 ・1359字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 554 ・八年級

1886 年,紐約的一處建築工地裏,有位氣質不凡的工人又在忿忿不平地跟同事大吐苦水。他帶著塞爾維亞口音一邊咒罵愛迪生的可惡,一邊大談自己的發電夢想;這位滿懷抱負卻虎落平陽的工人正是不世出的天才──特斯拉(Nikola Tesla, 1856 – 1943)。

四年前他到愛迪生的歐洲分公司上班,不只解決大大小小的工程問題,還挽救一次重大危機,原本寄望可以拿到高額獎金,好投入他一心想要發明的交流電發電機,誰知公司竟黃牛了!但特斯拉也沒有更好的棲身之所,只能委曲求全。待了兩年,他決定到美國發展,惜才的分公司總經理特地寫推薦函,讓他到紐約找愛迪生本人。

雖然愛迪生早已耳聞特斯拉的才能因而熱誠接待,但他們畢竟是截然不同的兩種人。除了體型與舉止的差異之外,愛迪生欠缺理論學養,靠的是不斷從嘗試和錯誤中改良發明,因此對特斯拉這種高談闊論的理論家並不以為然;加上愛迪生對自己發明的直流電系統頗引以為傲,根本不信特斯拉的交流電構想可行,只派他解決各種技術問題。

特斯拉也不負所望予以一一解決,包括愛迪生特別懸賞五萬美金的直流電發電機同步運作問題。只是他沒料到連尊貴的愛迪生也會耍賴不給獎金,說他不懂美國人的幽默。特斯拉真的受夠了,他已經被騙了兩次,於是這次他轉頭就走,決定獨力做出交流電發電機,證明給世人看!

只是他很快就花光積蓄,不得不當個日薪兩美元的建築工人。幸運的是,這樣打了一年工、向同事吐了一年苦水後,他的瘋言瘋語竟傳到西聯電報公司的主管耳中。1887 年,特斯拉獲得資金援助成立公司,完成了發電機的原型,又在受邀演講時獲得富豪威斯汀豪斯(George Westinghouse, 西屋公司創辦人)的激賞,提供他優渥的條件與充裕的資金全力發展交流電供電系統。

愛迪生當然不會任其坐大。除了透過媒體誇大交流電的致命性,還運作讓紐約監獄改用電椅處死死刑犯,以強化民眾對交流電的嫌惡。然而,直流電供電系統的先天限制還是不敵交流電的優點;1893 年芝加哥萬國博覽會,西屋公司用特斯拉的系統點亮了 96,620 個燈泡,正式宣告了家庭照明新時代的來臨,這是交流電的勝利,也是特斯拉對愛迪生的復仇。

但特斯拉還有更大的野心。他於 1891 年發明了特斯拉線圈,可以隔空產生感應電流;而在研究過程中,他還順帶發明了廣播、無線電、遙控器。於是特斯拉夢想著建造一座高塔,透過巨型的特斯拉線圈發送訊息到大西洋對岸;他計畫建造三十座這樣的高塔將全世界連結起來,而且所有人都能透過無線感應免費獲得電力。

然而,特斯拉的無線電專利於 1904 年突然被撤銷,改授予後發先至的義大利發明家馬可尼,於是金主不願再繼續支持他的計畫,而他自己的積蓄也逐漸花費殆盡,最後不得不變賣所有的資產與實驗設備。1934 年,他只能搬到紐約的小旅館,靠著西屋公司每月 125 元美金的接濟過活。

1943 年,特斯拉孤獨地死於旅館房間,除了他常餵食的鴿子,無人聞問。愛迪生成了教科書上的偉人,特斯拉則被歷史遺忘了數十年,直到最近,人們才逐漸想起這位將世界帶入電氣化時代的先知……。

  • 2021/7/11 更新:原文為「克羅埃西亞口音」,更正為「塞爾維亞口音」。雖然特斯拉的出生地雖然位於現在的克羅埃西亞,但他其實是塞爾維亞人。

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 541 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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尼古拉.特斯拉:如交流電般起伏的人生──《光之帝國:愛迪生、特斯拉、西屋的電流大戰》
商周出版_96
・2018/01/23 ・5384字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 516 ・六年級

為何我們挑選了這本書:
在十九世紀末,美國三位傳奇人物與「電能」的發展息息相關:最著名的夢想者與發明家湯瑪斯‧愛迪生、對發電和電力輸送有革命貢獻的電力奇才尼古拉‧特斯拉、創建多家公司的發明家和企業家喬治‧西屋,《光之帝國:愛迪生、特斯拉、西屋的電流大戰》主要介紹了這三位人物成功、失敗以及彼此的宿怨,美國企業史上最獨特的惡鬥「電流之戰」於此展開。

充滿溢美之詞的特斯拉專訪

一八九四年二月,科默伏給《世紀》寫的特斯拉文章刊登出來,並附有知名攝影家薩羅尼拍攝的相片。

這篇文章辭藻華麗,洋洋灑灑地說道,「特斯拉先生一直有個夢想,受到流星瞬間閃光所引發的啟示;他的同行對他的敬佩日益增長,乃因為他看得更遠,最早看見在科學新大陸上微微閃現的光芒」。這篇讚美文章刊登在國家主要雜誌上,自然而然引起了轟動,也立刻引起紐約報界的注意。

特斯拉的發明生涯起伏不斷,但不可否認的是他相當有魅力!圖/Unknown@wikipedia

幾個月後的一個星期日,七月二十二日,約瑟夫.普立茲的《紐約世界報》,曼哈頓銷量最大的日報,登出一個醒目的長篇報導,出自知名專欄作家亞瑟.布里斯班(Arthur Brisbane)之手,題為「我們最傑出的電學家」,還有「比愛迪生更偉大」、「電力的未來」等小標題。

布里斯班和科默伏不同,他對電一無所知,也不想不懂裝懂。「每個科學家都是自己專業的行家,」布里斯班這樣描寫特斯拉,「每個紐約社交界的人,即使是笨蛋也認識他那張臉。他每天在德莫尼科飯店用餐。他每晚都坐在靠窗的那張桌子……埋首看晚報。」

布里斯班的文章帶有一張全版尼古拉.特斯拉的畫像,他穿著正式的燕尾服。

「與電融為一體的發明家襯托在光輝燦爛的電火中」。

這當然指的是特斯拉那次最著名的即席表演,讓幾千伏特電流通過他的身體,直至火焰吞沒他全身。他向布里斯班承認,「我讓電流通過全身的主意,只為了扭轉大家長期以來對交流電的愚蠢看法。這實驗對科學家來說沒有任何價值。關於交流電的『伏特』存在著一大堆胡說八道理論,現在你看到伏特和電流能量毫無關係」。與大多數遇到特斯拉的人一樣,布里斯班也發現他很有魅力。結果在那個炎熱寂靜的夜晚,他們兩人坐在德莫尼科飯店裡一直聊到破曉,直到清潔女工來打掃飯店的大理石地板。

圖/Dickenson V. Alley [CC BY 4.0 ], via Wikimedia Commons
 

布里斯班告訴《紐約世界報》的二十八萬讀者,「每當談到正在研究的電力問題時,特斯拉就變得神魂顛倒。他說的沒有一個字可以讓人聽懂。他把一秒鐘分成幾千萬份,達到的能量顯然是任何其他東西都無法提供的。他堅信電力可以解決勞動力問題。這應該是(尤金)德布斯先生在地牢受苦時思考的事。根據特斯拉的理論,未來的艱苦工作肯定會成為啟動電力開關的推動力」。

特斯拉也曾在1931年登上時代雜誌的封面。圖/Time magazine, Volume 18 Issue 3, July 20, 1931 The cover shows Nikola Tesla @ wikipedia

那年秋天,一八九四年的九月三十日,《紐約時報》用了幾個整版登出文章〈尼古拉.特斯拉與他的發明〉,副標題為「確信無疑走向偉大勝利」。不同於布里斯班輕鬆愉快的敘述,《紐約時報》竭盡全力闡釋特斯拉的高頻研究和在他無線電燈背後的科學。令人奇怪的是,文章隻字未提尼加拉。

事實是,不管西屋發電機的工作進展是否順利,特斯拉已全心將自己投入一個嶄新且更深奧的電學尖端領域。每天他都在實驗室裡埋首工作,完全不顧樓下商業街道的雜訊。特斯拉沉浸在他嶄新的電力夢中,他與布里斯班長談時承認,「我絕對自信地期待著,地球上將會用無線傳輸資訊。我也對用同樣方式高效傳輸電力充滿希望」。

特斯拉的夢想:無線電波通訊與尼加拉大瀑布發電

當特斯拉公開談到他的工作時,他對自己正在研究的細節(也就是現在眾所皆知的無線電收音機)守口如瓶。到了一八九四年,特斯拉已經組裝出一個小型手提式收音機轉播站,整年都在不斷地檢測並改進。許多下午和晚上,他都和一位製圖員一起爬上實驗室的寬闊屋頂,豎立起無線接收器,再拿上他的接收機,再到更高更遠的地方,去檢測他的無線電收音機訊號。

特斯拉所發明的無線電被廣泛應用於廣播,此為廣播原理1.播音室 2.混音裝置 3.音訊轉換器 4.無線電轉換器 5.無線電塔(發射塔) 6.用戶收音機。圖/Jjw@wikipedia

冬天的時候,特斯拉已經在他住的格拉克飯店(這家飯店距離曼哈頓上城區三十條街,在他的實驗室北方一英里半遠)的房頂安好裝置。在這個比下面百老匯時髦的精品商店高出十層樓的地方,特斯拉小心翼翼地放飛用繩縛的氦氣、熱氣或氫氣球,接著氣球和繩子一直升高,直上空中。一條電線連接到飯店的總水管。

特斯拉將他的接收器調節至與收音機頻率,就能成功聽到製圖員從市中心實驗室屋頂上發出的廣播訊號。整個冬天他都在微調那處於雛形階段的收音機,等到春天來臨,冰雪消融,就要乘坐汽船沿哈德遜河北上,去看看如果繼續向阿爾巴尼航行,是否還能收到傳送訊號,所以到那年年底,特斯拉的身體和精神狀態都非常好,可謂勝券在握。

一八九五年對特斯拉是更好的一年,他已將新收音機調到最佳狀態,而且期待著尼加拉大瀑布開始送電。

在他將專利賣給西屋七年後(也是為了拯救公司而放棄他的權利金四年後),特斯拉的西屋發電機終於要安裝在懷特的電力大教堂!偉大的時刻即將來臨,大瀑布入口的閘門一旦打開,尼加拉碧綠的河水將奔騰流入三個巨大水管,冰涼的湖水咆哮著直落向渦輪機。隨著渦輪機開始旋轉,水花飛濺,水霧濛濛,每根鋼軸也越轉越急。在飛旋鋼軸上方的電力發電機房裡,特斯拉的三台黑黝黝巨大發電機組也在旋轉,製造著電力磁場。

西屋公司根據特斯拉專利所生產的交流電發電機。

從這些熱氣騰騰的發電機組將流出無形的電河,靜悄悄地穿過電橋流入變壓器,在那裡轉換成高伏特的巨大電流湧向世界,之後再由許多獨立變壓器將其降壓成無形無聲的電流,點亮十幾萬戶的燈泡,為巨大的工業提供能源、讓水牛城的電車運行、驅趕夜晚的黑暗,並減輕人類的重負。人們稱他為夢想家,但這一切夢想都將成為現實。

尼古拉.特斯拉公司成立

由於交流馬達和多相發電機的難題一直懸而未決,許多研究者都望而卻步,但是特斯拉成為占據這歷史地位的第一人!不光是他所追求的榮譽,也更出自財務上的原因,因為這樣一來他將有充足的資金更自如地工作。他認為,與他正在研究的更尖端且又簡單得多的動力系統無線傳輸相比,交流電只是剛起步。

對人、金錢和機遇都頗有眼光的亞當斯希望立刻成為特斯拉的贊助人(後來才知道,亞當斯其實已經追蹤特斯拉許久,這個聰明人比任何華爾街財閥都瞭解特斯拉交流電專利的價值),特斯拉也直率地宣稱,這只是他革命性發明創造進行開發與商業化的開端。

特斯拉(曾經叫做特斯拉汽車),主要產銷電動車,太陽能板及儲能設備,其公司名稱則是為了紀念特斯拉。圖/Windell Oskay @ wikipedia

一八九五年二月,《電力工程師》上出現一篇短文,宣告成立尼古拉.特斯拉公司,經營範圍為「生產和銷售機械、發電機、馬達、電力設備等等」。該公司有一大批一流董事:亞當斯和他的兒子恩斯特、勤勉工作又雄心勃勃的蘭金、特斯拉很久以前的資助者艾菲德.布朗、紐澤西的查爾斯.科尼(Charles Coaney)以及特斯拉本人。

據傳,該公司的資本為五千美元,數字聽起來實在可笑。不過特斯拉後來提到,其實僅亞當斯一人就投資了十萬美元,所以到一八九五年春天時,特斯拉身為一個發明家過著十分令人嫉妒的生活。

災難突降,實驗室被大火燒毀

一八九五年三月十三日清晨兩點三十分,特斯拉的實驗室被一場大火焚燒殆盡。整個建築從內部爆炸,實驗室那一層變成燃燒的地獄,所有電力實驗設備毀於一旦。

《紐約太陽報》報導,當東方天邊出現了第一道黎明光芒時,在南五街可以看見「兩道搖搖欲塌的牆和像打哈欠般敞開的大洞,向外流著黑水和油」。當時非常受尊敬的報界編輯查爾斯.達納這樣寫道,「尼古拉.特斯拉的工作室和其中寶貴設備都被破壞,這絕不僅僅是他個人的災難,而是整個世界的巨大損失。如果用手指頭來比喻這個年輕人對人類社會的重要性,那麼說他是大拇指絕對不為過」。幸運的是,特斯拉那天晚上沒有辛苦工作,否則他很有可能葬身火海。

第二天上午十點,特斯拉像往常一樣去工作,完全被眼前的情景嚇呆了。「這不可能是真的,」他盯著燒焦的廢墟不斷這樣喃喃自語。

他的十五個雇員比他來得稍早一些,都悶悶不樂地站在那裡,不忍心將特斯拉從格拉克飯店喊來面對如此悲慘情景。《紐約太陽報》記者想採訪他,特斯拉拒絕了,他說:

「我太悲傷了,讓我說什麼呢?這差不多是我半生的心血,所有的機械設備和科學研究用具都經過多年調試,卻在一個小時內被大火吞沒。這筆損失根本不能用錢來估算。什麼都沒有了,我必須從頭開始。」

他雙眼噙滿了淚水,精心設計的發電機、振盪器、馬達和真空燈泡,珍貴的記錄、檔案和往來信件,還有他在世界博覽會的展品、最近研製的無線電收音機的發射器與接收器,所有這些年來的工作成果,全都付之一炬。甚至,人們開始懷疑他實驗室裡的火災源於那些被稱為電力奇蹟的東西。

1893年芝加哥世博會所展示的特斯拉交流電馬達與其他發明。

大樓看守報告說,大火從一樓燃起,另一家租戶是個蒸汽裝配廠,加班時曾經在樓面上撒許多油,它「燃燒時像個引火盒」。看守的水桶簡直是杯水車薪。消防員與大火奮戰了三個小時,他們只能防止火勢蔓延到相鄰的工廠以及附近的高架鐵路。

沮喪的特斯拉悄悄地走出去,徘徊在大街上。同時,詹森夫婦到處找他,希望在他遭受「無可挽回的損失」的時候可以給他一些安慰。即使他的設備在別的地方有備用,如發電機、振盪器和馬達,但是他的收音機是獨一無二的,必須重新組裝。他的實驗室全都沒有保險,經濟損失慘重且徹底。特斯拉最近幾年掙了不少錢,但他全部的收入幾乎都投入實驗室裡,被這場大火燒毀。

除了東山再起別無出路

在科默伏、詹森夫婦,以及許多曼哈頓的朋友與熟人的鼓勵下,特斯拉重整旗鼓,又在東休斯頓街四十六號找到一間新實驗室。後來他告訴記者:

「我灰心喪氣到了極點,如果我沒有定期為自己做電療,我簡直不相信還能振作起來。你看,電流進入疲憊不堪的身體,成為身體正需要的生命力、控制力。電是個偉大的醫生,依我看,它是最好的醫生」。

到了三月二十二日,康復的特斯拉寫信給西屋一位高級工程師,要求訂購新設備。他寫道,「我敢肯定,您一定從報紙上知道了,那場不幸事故幾乎奪去我全部的設備,進而影響了我目前的工作。我現在必須重建實驗室」於是,他的新設備在一個月內陸續運到。此外,特斯拉也寫信給曾監理特柳賴德金王礦交流電工程的斯科特,請求他協助促成他的訂購,並解釋:「這種工作對我的健康來說必不可少。」

在此期間,特斯拉在最不可能的地方找到了應急之所:湯瑪斯.愛迪生在西奧蘭治的巨大實驗室。哈洛德.布朗曾經在那裡電死過狗、小牛和馬。新聞界長期以來都將愛迪生和特斯拉,這一對美國最偉大的奇才,形容為勢不兩立,但是在這危難關頭,愛迪生非常大度地放棄了競爭,為悲痛的特斯拉提供了臨時工作場所。

 

 

 

本文摘自泛科學 2018 年 1 月選書《光之帝國——愛迪生、特斯拉、西屋的電流大戰》,商周出版

 

 

 

 

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世界上最小的收音機:碳奈米管
科景_96
・2011/02/10 ・938字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 536 ・七年級

Original publish date:Nov 10, 2007

編輯 Keelungman 報導

 

只要一根碳奈米管 (CNT),就可以把所有收音機的零件都做上去,包含:天線、可調頻濾波器、放大器,以及解調變器。實驗證實它可以工作,而你只需要一個電池來驅動它。

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奈米無線電塔。取自實驗中 CNT 收音機的 TEM 圖像,其中的波紋為附加的視覺效果。(c) 2007,Courtesy Zettl Research Group, Lawrence Berkeley National Laboratory and University of California at Berkeley.

這裡先簡單說明收音機的工作原理:廣播電台利用調變將聲頻訊號(約數千赫茲)加入載波(約數百萬赫茲)中,利用無線電送出,所以一台收音機需要天線接收無線電訊號,然後通過調頻濾波器過濾出特定載波波段的訊號,接著放大訊號,最後將聲頻訊號從載波訊號中解調變出來,送到喇叭。然而加州柏克萊大學的研究團隊,發現一根碳奈米管同時也可以滿足天線、可調頻濾波器、放大器,以及解調變器四項功能。他們將 CNT 接在負極上,通以直流偏壓,然後把 CNT 的場發射電流訊號通往喇叭,就可以從喇叭中聽到無線電訊號中的聲頻,濾波的波段可以利用偏壓大小控制。

http://www.physics.berkeley.edu/research/zettl/projects/nanoradio/media/nanoradio-timeline-sizes.jpg ” width=”500″>

 

收音機的演進與尺寸的比較。(c) 2007,Courtesy Zettl Research Group, Lawrence Berkeley National Laboratory and University of California at Berkeley.

為什麼一根 CNT 可以同時辦到這麼多事?當 CNT 接在負極上通以偏壓時,上面會帶有電荷,這會使得 CNT 可受外來無線電影響產生共振。CNT 的共振頻率大致上取決於管長,長度越長共振頻率越低。而共振頻率的微調可以用外加偏壓來控制,偏壓越大則共振頻率會越高,這是因為靜電累積在 CNT 上所產生的張力所致。數百奈米長,管徑十奈米的 CNT 的共振頻率約在一百到三百萬赫茲,涵蓋一般商用 FM 無線電頻。濾波的頻寬取決於 CNT 共振的 Q 值,此值大約 500 左右。無線電訊號的放大與解調變,是利用 CNT 的場發射電流特性,外加偏壓提供 CNT 一定的場發射電流,而 CNT 的共振振幅會改變場發射電流的強弱,有解調變的功能。所以場發射電流訊號即為經由放大並解調變之後的聲頻訊號。放大的倍率一般可到 50db。

他們在實驗時,用無線電傳送沙灘男孩的歌曲 “Good Vibrations”,用 CNT 收音機接收訊號,並同時從 TEM 即時紀錄 CNT 的共振行為。他們發現到當收音機頻率調對時,CNT 明顯振動,同時喇叭也傳出清晰的歌曲。從下面的相關聯結,大家可以欣賞 CNT 收音機的表現。

 

參考來源:

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