Đèn hồ quang biết hát

Mặc dù William Duddell không nhìn ra tiềm năng của hiệu ứng đèn hồ quang, về sau các kỹ sư người Đan Mạch Valdemar Poulsen và Peter Jensen đã ứng dụng được hiệu ứng này, từ đó góp phần làm nên chiếc loa điện động đầu tiên trên thế giới.

Mặc dù Thomas Alva Edison và Joseph Swann đã phát minh ra bóng đèn dây tóc vào năm 1880, đèn hồ quang carbon vẫn được sử dụng rất phổ biến để chiếu sáng đường phố cũng như dùng cho các ứng dụng công nghiệp. Phải đến tận đầu thế kỷ 20, khi mà bóng đèn điện dây tóc ngày càng phát triển, đèn hồ quang mới dần biến mất.

Đèn hồ quang carbon tạo ra ánh sáng bằng cách phát ra tia điện, tạo thành dải sáng giữa hai điện cực làm bằng carbon. Vấn đề chủ yếu của phương pháp này ngoài việc ánh sáng không được rõ, lượng điện tiêu hao quá lớn còn là sự xuất hiện của các loại nhiễu âm thanh, các tiếng ù, hú do hồ quang điện gây ra.

William Duddell

Kỹ sư điện tử kiêm nhà vật lý học người Anh William Duddell đã được chỉ định giải quyết vấn đề này ở London vào năm 1899. Trong suốt quá trình thử nghiệm, Duddell phát hiện ra rằng bằng cách biến thiên điện áp cấp cho đèn hồ quang, ông có thể tạo ra các dải tần số âm thanh kiểm soát được từ một mạch cộng hưởng. Các tần số này do tốc độ xung của hồ quang điện khi tiếp xúc với nhau gây ra.

Phát hiện của Duddell đã cho thấy rằng nguyên nhiên của hiện tượng nhiễu ồn đèn hồ quang là do bản chất phi tuyến tính của hồ quang gây ra điện trở âm. Hiện tượng này trước đó đã được tiến sĩ Simon, người Đức, ghi chép lại vào năm 1898. Tiến sĩ Simon thấy rằng hồ quang điện có thể tạo ra âm thah điều khiển được bằng cách điều chỉnh điện áp cho nguồn cấp hồ quang điện. Sau đó ông công bố ra rằng hồ quang điện có thể tạo thành một chiếc loa hiệu quả và đã giới thiệu nó trước công chúng (Thí nghiệm của tiến sĩ Simon cũng cho thấy hồ quang điều chỉnh không chỉ tạo ra âm thanh mà còn cả tia sáng. Hải Quân Đức về sau đã ứng dụng chúng để thực hiện những cuộc gọi điện thoại giữa các tàu với nhau, bằng cách dùng đèn chiếu hồ quang điều chỉnh kết hợp với pin selen cảm quang).

William Duddell den huynh quang

Có khả năng Duddell đã chú ý đến những nghiên cứu này của tiến sĩ Simon, từ đó tìm ra phương pháp xử lý nhiễu ồn bằng cách thêm một mạch cộng hưởng LC cho hồ quang, nhờ thế mà có thể tạo ra bộ dao động có thể điều chỉnh được. Không chỉ vậy, Duddell còn gắn thêm một keyboard để thay đổi giá trị điện áp đầu vào của mạch, từ đó tạo ra một trong những nhạc cụ điện tử đầu tiên trên thế giới. Phát minh của Duddell cũng là nhạc cụ điện tử duy nhất sử dụng hồ quang điện, đồng thời là nhạc cụ điện tử đầu tiên có âm lượng rõ ràng, không cần phải dùng ampli, loa hay hệ thống điện thoại đóng vai trò của cả ampli lẫn loa.

Khi Duddell trình diễn phát minh này tại Viện Kỹ thuật Điện tử London, người ta nhận ra rằng các đèn hồ quang lắp chung mạch ở một tòa nhà khác cũng chơi nhạc theo thiết bị của ông. Vì điều này mà người ta tin rằng âm nhạc hoàn toàn có thể truyền tải qua hệ thống đèn điện. Cụ thử như sau:

“Cả ba đèn hồ quang đều được cấp nguồn từ nguồn điện tổng ở ngoài đường. Rõ ràng dòng điện chính này đã bị biến thiên theo keyboard của ngài Duddell, từ đó tạo thành âm thanh ở hai phòng thí nghiệm khác, trong khi ông ấy dự định chỉ chơi cho những người ở phòng thuyết trình nghe thử. Hiển nhiên, như vậy có nghĩa là chỉ cần có một keyboard được lắp đặt đúng, âm thanh sẽ được tạo ra bởi nhiều đèn hồ quang khác nhau và ở một khoảng cách khá xa vị trí của người nghệ sĩ.”

William Duddell 1

Duddell không có ý định kiếm lợi nhuận từ phát minh của mình. Ông thậm chí còn không xin cấp bằng sáng chế cho nhạc cụ này. Chuyến đi của ông đến Anh năm 1898 đã thành công, thế nhưng phát mình này khi ấy không được nhiều người chú ý đến. Phải đến năm 1902, hai kỹ sư người Đan Mạch Valdemar Poulsen và Peter L. Jensen mới phát hiện ra rằng đèn hồ quang biết hát của Duddell có thể hoạt động như bộ truyền dẫn sóng vô tuyến nếu như mạch cộng hưởng được chỉnh theo tần số radio thay vì tần số audio.

Khả năng phát âm thanh của đèn hồ quang carbon sau này cũng được Thadeus Cahill vận dụng cho chiếc đàn organ điện đầu tiên trên thế giới: Telharmonium và được giới thiệu trước công chúng khoảng 10 năm sau đó.

Nguyễn Hào