To nie jest radio w ścisłym sensie: zamiast fal elektromagnetycznych łącze wykorzystuje dźwięk o częstotliwości 10 kHz, czyli falę ciśnienia w powietrzu. Cała reszta odpowiada jednak klasycznej radiofonii AM – jest fala nośna, modulacja amplitudy, strojenie odbiornika i demodulacja. Tyle że każdy z tych etapów realizuje mechanika, bez jednego elementu elektronicznego i bez ani jednego przewodu.
Nadajnik: koło wodne, sprężarka i tarcza ze szczelinami
Źródłem energii jest koło wodne, które tłoczy powietrze do komory przez zawór jednokierunkowy. Sprężone powietrze nie było w starożytności niczym egzotycznym – korzystał z niego w swoich urządzeniach Heron z Aleksandrii.
Falę nośną, czyli stały ton, który sam nie niesie żadnej informacji, wytwarza szybko wirująca tarcza ze szczelinami. Strumień powietrza z rury trafia w tarczę, a kolejne szczeliny tną go na impulsy – na tej samej zasadzie działały XIX-wieczne syreny. O częstotliwości decydują obroty i liczba szczelin: przy 3000 obr./min, czyli 50 obrotach na sekundę, do uzyskania 10 000 Hz potrzeba 200 szczelin. Na tarczy o średnicy metra każda miałaby około 0,78 cm szerokości, a wylot rury trzeba dopasować do ich kształtu.
Wybór 10 kHz to kompromis. Niższy ton niósłby się dalej, ale wymagałby ciśnienia, jakiego sprężarka napędzana kołem wodnym nie zapewni. Wyższy tłumiłby się zbyt szybko i potrzebowałby ogromnego odbiornika.
Modulacja głosem
Głos trafia do tuby zakończonej membraną, jak w dawnym fonografie. Pośrodku membrany osadzony jest stożkowy metalowy zawór dopasowany do gniazda. Drgania membrany na przemian przymykają i otwierają zawór, zmieniając ilość powietrza płynącego do wirującej tarczy. W ten sposób głos zmienia amplitudę fali nośnej – tak jak w radiu AM, w którym tę samą pracę wykonują tranzystory i wzmacniacze. Za tarczą znajduje się druga rura z tubą, która wzmacnia zmodulowany dźwięk i kieruje go w stronę odbiorcy.
Odbiornik bez zasilania
Po stronie odbiorczej nie trzeba żadnego napędu. Dźwięk zbiera duża tuba, a ponieważ fale dźwiękowe uginają się na przeszkodach, nadajnik i odbiornik nie muszą się nawet „widzieć”.
Tuba zwęża się do krótkiej rurki, która pełni rolę filtra. Fala o częstotliwości 10 kHz ma w powietrzu 34,3 mm długości, a rurka powinna mieć jedną czwartą tej wartości, czyli 8,57 mm. Po uwzględnieniu poprawki na drgania powietrza tuż za wylotem zostaje 6,17 mm, przy średnicy 8 mm – mniejszej niż połowa długości fali. W takiej rurce ton 10 kHz wzmacnia się przez rezonans, a pozostałe dźwięki się wygaszają. Wymiana rurki na inną działa jak przestrajanie odbiornika, a suwak podobny do tego w puzonie pozwoliłby zmieniać „stację” płynnie.
Demodulatorem jest ścianka z maleńką klapką, która działa jak zawór zwrotny i przypomina języczek w piszczałce organowej, a za nią niewielka szczelna komora. Powietrze ma bezwładność i w tak małej objętości nie nadąża sprężać się i rozprężać 10 000 razy na sekundę, więc impulsy zlewają się w płynnie zmieniające się ciśnienie – zostaje sam kształt głosu. Mały otwór upustowy pozwala powietrzu powoli uchodzić z komory. Na końcu ciśnienie porusza czułą membranę, a ostatnia tuba wzmacnia odtworzony głos.
Dlaczego nikt tego nie zbudował
Takie urządzenie nigdy nie powstało, choć każdy z jego elementów ma odpowiednik w rzeczywistych wynalazkach. Powód jest prosty: dużo pracy, a efekt mizerny. Powietrze tłumi dźwięk, zamieniając jego energię w ciepło, więc zasięg w najlepszym razie wyniósłby około kilometra; wersja pracująca na 4 kHz sięgałaby mniej więcej mili (ok. 1,6 km). Dla porównania fale radiowe AM potrafią nocą, po odbiciu od górnych warstw atmosfery, pokonać ponad tysiąc mil.
Jakość dźwięku nie byłaby lepsza niż w pierwszym fonografie Edisona: bez basów, z blaszanym, monotonnym brzmieniem. Podmuch wiatru, deszcz czy przejeżdżający samochód wystarczyłyby, żeby głos zanikł. Do tego strumień powietrza hamuje tarczę, więc koło wodne musiałoby mieć spory zapas momentu obrotowego, by utrzymać stałe 3000 obr./min – a od obrotów zależy częstotliwość nośnej.
Koncepcja pozostaje więc eksperymentem myślowym, który czeka na pierwszego konstruktora gotowego sprawdzić ją w praktyce.
Artykuł powstał na podstawie filmu „Ancient Greeks Could've Made a Mechanical Radio” z kanału The Mike Stuff.
