…ใช่แล้วครับ “Plasma Tweeter” (ลำโพงพลาสมา) ในเชิงทฤษฎีนั้น นับเป็น ‘ลำโพงไร้มวล’ จริงๆ เพราะมีเพียงอากาศเท่านั้น เป็นตัวสร้างคลื่นเสียง ด้วยการเปลี่ยนสภาพแรงดันอากาศ ทั้งนี้ “ลำโพงพลาสมา” หรือในอีกชื่อหนึ่งว่า Ionophones (ไอโอโนโฟน) เป็นลำโพงชนิดหนึ่ง ที่สร้างคลื่นความดันอากาศ (Air Pressure) โดยใช้พลาสมาไฟฟ้าแทนไดอะแฟรมแข็ง (Solid Diaphragm) ในลักษณะของ Plasma Arc (เปลวก๊าซประกายไฟฟ้า) “พลาสมาอาร์ก” จะทำให้บรรยากาศโดยรอบร้อนขึ้น ส่งผลให้อากาศขยายตัว การเปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนพลาสมา และเชื่อมต่อกับเอาต์พุตของเครื่องขยายเสียง จะทำให้ขนาดของพลาสมาเปลี่ยนแปลงไป ส่งผลให้อากาศโดยรอบขยายตัว และเกิดคลื่นเสียงตามมา…
…แล้วเราก็ผ่านพ้นประเด็น “ความเป็นมา” ของพลาสมา ทวีตเตอร์ไปแล้วนะครับ มาต่อกันที่ประเด็น “นานมากแค่ไหนแล้วกับการพัฒนา” สำหรับเรื่องราวของ Plasma Tweeter-ลำโพงไร้มวล ในตอนที่ 2
How Old?
* Simon, Duddell, Thomas et. al. 1672-1931
ในขณะที่หลายต่อหลายคน เสียเวลาไปกับการพยายามสร้างเสียงจากสัญญาณไฟฟ้า โดยใช้ไดอะแฟรมแบบแข็ง (Solid), หนัก (Heavy) และเชื่องช้า (Slow) ก็มีนักบุกเบิกเพียงไม่กี่คนที่มองการณ์ไกลในการวางรากฐานสำหรับ ‘ลำโพงไร้มวล’ (Massless Loudspeakerr)
หากไม่มีการสังเกตผลกระทบทางกายภาพที่เกี่ยวข้องต่าง ๆ ที่ได้ระบุเป็นเอกสารไว้ ก็จะไม่มีความพยายามที่จะสร้างเสียงจากแรงดันไฟฟ้าสูงตั้งแต่แรก…ในปี 1672, อ็อตโต ฟอน เกริกเก้ (Otto von Guericke) ได้สังเกตการคายประจุไฟฟ้าโคโรนาบนตัวนำปลายแหลม ; ฟรานซิส ฮอคส์บี (Francis Hauksbee) ได้สังเกตลมไฟฟ้าจากการคายประจุไฟฟ้าดังกล่าวในปี 1709 ; ต่อมา แม้แต่นักฟิสิกส์ชื่อดังอย่างไอแซก นิวตัน (ค.ศ.1717) และเบนจามิน แฟรงคลิน (ค.ศ.1747) ก็ได้สังเกตผลกระทบที่เกี่ยวข้องจากโคโรนาแรงดันไฟฟ้าสูง ทั้งนี้ “แมลงวันไฟฟ้า” (Electric Fly) จากเบนจามิน วิลสัน (ค.ศ.1750) ถือเป็นการสาธิตทางฟิสิกส์ครั้งแรก ๆ เกี่ยวกับลมไฟฟ้า (Electric Wind)
ในปี 1777 ดร.ไบรอน ฮิกกินส์ (Dr.Byron Higgins) ได้ค้นพบและสาธิตให้เห็นว่า หลอดที่มีลักษณะเหมือนท่อออร์แกน (Organ Pipe-Like Tubes) และขวดแก้ว (Glass Jars) สามารถใช้กับเปลวไฟไฮโดรเจน เพื่อสร้างเสียงและโน้ตดนตรีที่ปรับจูนตามความยาวของท่อได้ งานวิจัยเกี่ยวกับ ‘ไพโรโฟน’ หรือ ‘พลาสมาโฟน’ นี้ถือเป็นงานชิ้นแรกที่ส่งผลต่อการพัฒนา “ลำโพงไร้มวล” ในเวลาต่อมา
นักวิจัยอีกหลายคนได้ทดลองใช้เทคโนโลยีที่คล้ายคลึงกัน ในปี 1818, ไมเคิล ฟาราเดย์ (Michael Faraday) ได้ค้นคว้าเพิ่มเติม และแนะนำว่า เสียงดังกล่าวเกิดจากการระเบิดอย่างรวดเร็ว ในปี 1858, จอห์น เลอคอนเต (John LeConte) นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันได้สังเกตเห็นว่า เปลวไฟของหลอดแก๊สสามารถได้รับอิทธิพลจากเสียงดนตรีได้ ในปี 1867, จอห์น ไทน์ดอลล์ (John Tyndall) ได้สาธิตเปลวไฟที่เปล่งเสียงร้อง (Singing Flame) ให้สถาบัน Royal Institution ได้เห็นเป็นส่วนหนึ่งของการบรรยาย 8 ครั้ง อองรี เดอ ปาร์วิลล์ (Henri De Parville) ได้รวมเนื้อหาส่วนใหญ่ไว้ในหนังสือ Les Causeries Scientifiques ในปี 1862 ทั้งนี้ เฟรเดอริก ยูจีน คาสต์เนอร์ (Frederic Eugene Kastner) เป็นผู้ริเริ่มแนวคิดว่า เปลวไฟสามารถสร้างเสียงได้สำเร็จ โดยเขาจดสิทธิบัตรไพโรโฟน (Pyrophone) ไว้ในปี 1873 โดยใช้เสียงกำทอนตามธรรมชาติ (Natural Resonance) ของเปลวไฟแก๊สขนาดเล็กในท่อแก้วที่มีความยาวต่างกัน เพื่อสร้างออร์แกนที่มีโน้ต 1 อ็อกเทฟ (Octave) ทว่าคาสต์เนอร์เสียชีวิตก่อนที่จะได้ใช้ผลงานของเขาอย่างเต็มที่
งานในช่วงแรกนี้ช่วยให้เชื่อมโยงเสียงเข้ากับเปลวไฟ (Flame) ได้ดี จึงสามารถสร้างอุปกรณ์ชิ้นแรก ๆ ที่สร้างเสียงจากไฟฟ้าได้สำเร็จ สิทธิบัตรในช่วงแรกจาก Nikola Tesla (ค.ศ.1891) เป็นสิทธิบัตรชิ้นแรกที่ทำการศึกษาเกี่ยวกับเสียงของไฟฟ้า โดยสิทธิบัตรดังกล่าวได้สำรวจวิธีการหยุดเสียงจากหลอดไฟไฟฟ้า โดยใช้ไฟฟ้ากระแสสลับที่มีความถี่สูงในการขับเคลื่อน เห็นได้ชัดว่า Tesla ได้สังเกตความเชื่อมโยงระหว่างเสียงที่เกิดจากไฟฟ้ากระแสสลับ และความถี่ของสัญญาณไฟฟ้าที่สร้างไฟฟ้ากระแสสลับ แต่แทนที่จะใช้ประโยชน์จากไฟฟ้ากระแสสลับ เขากลับพยายามกำจัดมันทิ้ง (Eliminate)
จากงานก่อนหน้านี้ของ Hertha Ayrton ซึ่งเกี่ยวกับเสียงของอาร์คไฟฟ้า (ตีพิมพ์ในภายหลังเมื่อปี 1902) William Du Bois Duddell (ค.ศ.1899) ในอังกฤษได้สร้างการสั่นของเสียงโดยใช้อาร์กไฟฟ้ากระแสตรง ซึ่งจะเกิดการสั่นพ้อง หรือ กำทอน (Resonate) ภายใต้สถานการณ์ที่เหมาะสม สังเกตได้ 2 ผลลัพธ์ คือ การเปลี่ยนแปลงของเสียงของอาร์ก (Arc) เมื่อเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่จ่าย และที่สำคัญกว่านั้นคือ วิธีการทำให้อาร์กสั่นในความถี่เสียง ซึ่งในปี 1900, Duddell ได้จดสิทธิบัตรเทคโนโลยีนี้ เทคโนโลยีนี้เริ่มได้รับความสนใจจากสาธารณชนมากขึ้น มีบทความในหนังสือพิมพ์ New York Times ในปี 1901 ด้วย
มักมีการอ้างถึงว่า Hermann Theodor Simon (ค.ศ.1898) ในเยอรมนีได้ออกแบบอุปกรณ์ชนิดเดียวกันกับ Duddell ในช่วงเวลาเดียวกัน หรืออาจจะก่อนหน้านั้นด้วยซ้ำ ราวกับว่า พวกเขากำลังแข่งขันกัน ซึ่งจากเอกสารต่างๆ ดูเหมือนจะไม่เป็นเช่นนั้น เนื่องจากพวกเขาใช้วิธีการเข้าหาเรื่องนี้จากมุมที่ต่างกัน และแม้ว่า จะมีความคล้ายคลึงกัน แต่ทั้งสองอย่างก็แตกต่างกัน งานของ Simon มุ่งเน้นไปที่วิธีการปรับเปลวแสง (Arc) ด้วยไมโครโฟน จากนั้นเปลวแสงเชื่อมต่อกับลำโพง (โทรศัพท์) จะรับสัญญาณ ซึ่งเป็นรูปแบบแรกของการส่งสัญญาณวิทยุ Duddell ยังค้นพบผลกระทบนี้โดยบังเอิญ เมื่อผู้ทำการทดลองเกี่ยวกับเปลวแสง (Arc) คนอื่นๆ พบว่า พวกเขารับสัญญาณจากออสซิลเลเตอร์ (Oscillator) ของเขาได้จากระยะไกล นั่นจะเป็นประเด็นหลักในการเปรียบเทียบ ไม่ใช่ว่าทั้งคู่กำลังพยายามประดิษฐ์ลำโพงแบบ เปลวแสง (Arc Loudspeaker) Simon อ้างถึงงานของเขาว่า เป็น “Listening Arc” และไม่ได้มุ่งเน้นไปที่การสร้างเสียงด้วยเปลวแสงนั้นเอง Simon ได้รวมเอาการทดลองของ Duddell ไว้ในหนังสือของเขาในปี 1911
การอ้างอิง Duddell ว่า เป็นผู้ประดิษฐ์ลำโพงพลาสมา หรือ ลำโพงที่ทันสมัยกว่านั้นเป็นผลงานการพัฒนา “Singing Arc” ของเขานั้นได้รับความนิยมอย่างมาก อุปกรณ์ที่เขาค้นพบนั้นสามารถส่งเสียงได้ และเป็นการคายประจุอาร์ก (Arc Discharge) แต่โดยหลักแล้วมันเป็นออสซิลเลเตอร์ (Oscillator) ซึ่งเป็นวิธีสร้างกระแสสลับจากไฟฟ้ากระแสตรง ซึ่งทำให้เสียงมีผลข้างเคียงที่น่าสนใจมากกว่า
อุปกรณ์นี้ถูกค้นพบมากกว่าการประดิษฐ์ขึ้นในขณะที่ Duddell กำลังค้นคว้าวิธีการลดเสียงรบกวนจากหลอดไฟอาร์ก (Arc Lamps) ซึ่ง Ayrton เคยศึกษาอย่างละเอียดมาก่อน แม้ว่า จะมีการพัฒนาในด้านเสียงบ้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งจาก Andre Blondel (1903) และการสาธิตทางวิทยาศาสตร์จาก Kohl ในปี 1911 แต่เทคโนโลยีนี้กลับมีประโยชน์มากกว่ามากในเทคโนโลยีวิทยุที่กำลังจะมาถึงในสมัยนั้น
Valdemar Poulsen (1903) เป็นผู้บุกเบิกการใช้ผลงานของ Simon และ Duddell สำหรับเครื่องส่งสัญญาณวิทยุด้วย ‘Poulsen Arc’ และถือเป็นวิธีการแรกๆ ที่ได้รับความนิยม โดยมีผลงานของหลายๆ คน รวมถึง DeForest ที่จดสิทธิบัตรการปรับปรุงผลงานของ Duddell ในปี 1907 เทคโนโลยีนี้พบว่า ใช้งานได้ดีที่สุดในการส่งสัญญาณวิทยุ-ไม่ใช่กับลำโพง “ลำโพงไร้มวล” สมัยใหม่โดยทั่วไปจะใช้พลาสมาโคโรนา และการปล่อยประจุแบบ เรืองแสง (Glow Discharge Plasmas) ไม่ใช่การปล่อยประจุแบบอาร์กกระแสสูง (High Current Arc Discharges) ที่ใช้ในหลอดไฟอาร์ก (Arc Lamps) ซึ่ง Simon และ Duddell ได้ทำการศึกษา
หากจะถูกมองว่า เป็นการแข่งขันกันว่าใครคือ “ผู้ประดิษฐ์” ลำโพงไร้มวล หรือ ลำโพงพลาสมา บางที Lee De Forest อาจมีสิทธิ์เรียกร้องก็ได้ เนื่องจากเขาได้วาดไดอะแกรมที่ดีของเปลวแสง (Arc) ที่ถูกควบคุมด้วยไมโครโฟนในไดอารี่ของเขาเมื่อปี 1897 ดูเหมือนว่า ทั้งอุปกรณ์ทดลองและแนวคิดเกี่ยวกับการใช้เปลวแสง (Arc) กับเสียงจะได้รับความนิยมในชุมชนวิทยาศาสตร์ในช่วงเวลาดังกล่าว ซึ่งขับเคลื่อนโดยการค้นพบและประดิษฐ์โทรศัพท์และวิทยุ
ในปี 1906, Thaddeus Cahill (แธดเดียส คาฮิลล์) ใช้การออกแบบตามผลงานของ DeForest และ Duddell ในการสร้างอุปกรณ์ดนตรี (Musical Device) ที่เป็นอุปกรณ์ขนาดใหญ่ใช้เปลวแสง (Arc) เป็นเครื่องกำเนิดความถี่เสียง แต่ยังคงใช้แม่เหล็กไฟฟ้าในยุคแรกเพื่อส่งเสียงออกมา ไม่ใช่เปลวแสง (Arc) นั้นเอง โดยพื้นฐานแล้ว ถือเป็นเครื่องสังเคราะห์เสียงเครื่องแรก แต่ไม่ได้ใช้เปลวแสง (Arc) เป็นลำโพง
ในช่วงเวลาเดียวกันนั้นเอง การทำงานที่เกี่ยวข้องกับเปลวแสง (Arc) ก็เกิดขึ้น การทำงานที่เกี่ยวโยงกับเทอร์โมโฟน (Thermophone) ก็เกิดขึ้นเช่นกัน อุปกรณ์ง่ายๆ นี้ใช้ลวดเส้นเล็กที่ได้รับความร้อนจากสัญญาณเสียง และในทางกลับกันก็ให้ความร้อนกับอากาศเพื่อสร้างเสียง ผลงานสำคัญของ Peter De Lange จากปี 1915 ได้เปิดโอกาสให้มีสิทธิบัตรจำนวนมากจากผู้อื่น เนื่องจากการแข่งขันเพื่อสร้างเครื่องรับโทรศัพท์ที่ดีที่สุดกลายมาเป็นแรงผลักดันสำคัญ อาจไม่ถือว่า มวลน้อยในทันที แต่มวลที่เกี่ยวข้องไม่ได้เคลื่อนที่ ซึ่งอาจมีความเฉื่อยทางความร้อน (Thermal Inertia) ที่ต้องพิจารณา เทคโนโลยีสมัยใหม่อาจยังคงทำให้เทคโนโลยีนี้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ได้ เช่น Tao 2023, Torraca 2017
มีการกล่าวถึงอ็อกซิโตโฟน (Auxetophone) ที่สร้างขึ้นในช่วงเวลาเดียวกันนี้ (ค.ศ.1898) อยู่บ่อยครั้ง ‘อ็อกซิโตโฟน’ ไม่ได้ไร้มวลอย่างแท้จริง เนื่องจากใช้ลมอัด (Modulated Compressed Air) ที่ปรับความถี่ได้ โดยปรับความถี่ได้ด้วยไดอะแฟรมขนาดเล็ก ซึ่งมีมวลน้อยกว่ามาก แต่ยังคงมีมวลอยู่
คงจะเป็นเรื่องยากที่จะระบุผู้ประดิษฐ์ “ลำโพงไร้มวล” โดยพิจารณาจากลำโพงพลาสมาแบบปล่อยประจุเรืองแสง (Glow Discharge) และแบบปล่อยประจุโคโรนา (Corona Discharge) ที่ใช้กันมากที่สุด แต่ทว่าสิ่งต่างๆ เริ่มเกิดขึ้นจริงในช่วงทศวรรษที่ 1920
การประยุกต์ใช้เชิงพาณิชย์ครั้งแรกของอุปกรณ์ไร้มวลคือ ไมโครโฟนที่สร้างขึ้นโดยใช้การคายประจุแบบโคโรนา (Corona Discharge) ซึ่งจดสิทธิบัตรสำหรับ Tri-Ergon โดย Vogt, Engl และ Massolle ในปี 1921 แรงดันไฟฟ้าจึงต่ำมากเพียง 500 โวลต์ และช่องระยะห่าง (Gap) ที่แคบมากเพียงแค่ 0.25 มม. ซึ่งแทบจะไม่สามารถสร้างโคโรนาได้ (แต่ก็เพียงพอแล้ว) ไมโครโฟนนี้ถูกนำไปใช้ในการบันทึกเสียงสำหรับภาพยนตร์และจำหน่ายในชื่อ Kathodophone (Kathodofon) ซึ่งขายไม่มากนัก และถูกแซงหน้าโดยการออกแบบอื่นๆ อย่างรวดเร็ว
ไมโครโฟนพลาสมาแบบปล่อยประจุไฟฟ้า (Glow Discharge) ได้รับการจดสิทธิบัตรสำหรับ Westinghouse โดย Phillips Thomas ในปี 1925 แต่ที่น่าสนใจยิ่งกว่าคือ เขาได้จดสิทธิบัตรครั้งแรกสำหรับลำโพงพลาสมาแบบ ปล่อยประจุไฟฟ้า (Glow Discharge Plasma Loudspeaker) ในปี 1927 (ยื่นขอในปี 1922) นี่เป็นการนำเอาสิ่งที่คล้ายกับลำโพงพลาสมาที่เราเห็นในปัจจุบันมาใช้เป็นครั้งแรก โดยพลาสมาแบบปล่อยประจุไฟฟ้าในอากาศได้รับการปรับเปลี่ยนเพื่อสร้างเสียง
ต่อมาในปี 1927 ได้มีการจดสิทธิบัตรจากบริษัท General Electric เรื่อง “การปรับปรุงที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ส่งเสียงไฟฟ้า (Sound-Emitting Devices) หรือ ลำโพงเสียงดัง (Loud Speakers)” ซึ่งช่วยอธิบายปัญหาที่ลำโพงไร้มวลกำลังเผชิญได้เป็นอย่างดี และยังอธิบายกลไกพื้นฐานอย่างหนึ่งได้อย่างชัดเจน และเรียบง่าย ซึ่งถือเป็นเรื่องแปลกมากสำหรับสิทธิบัตร โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสาขานี้ ถือเป็นคำอธิบายแรกสุดประเด็นง่ายๆ ของลำโพงลมโคโรนา (Plane Corona Wind) หรือลำโพงไอออน (Ion Loudspeaker) ตามมาด้วยเวอร์ชันที่อิงตามแผ่นดิสก์ในอีกหนึ่งปีต่อมา
มีผู้คิดค้นสิทธิบัตรอื่นๆ มากมายในช่วงเวลาดังกล่าว เช่น James Shrader (ค.ศ.1926) ที่มีลำโพงไอออนที่ทำจากวัสดุกัมมันตภาพรังสี (Radioactive Material) ; Lee De Forest ที่มีคอยล์โคโรนาในพาราโบลา (ค.ศ.1927) ; Lindenblad (RCA) ที่มีลำโพงแบบชี้ไปที่อากาศ (Point To Air Speaker) ; Ramsey ในปี 1928 ที่มีลำโพงพลาสมา RF ที่มีฮอร์นโหลดในปี 1928 ; Lilienfeld ที่มีดิสก์ที่มีประจุควบคุมอากาศ (Charged Disc Controlling The Air) ; Ruben ในปี 1929 และ 1930 ที่มีลำโพงแบบ Horn Loaded Plasma และ Heated Cathode Ion Speaker ; Loewe ในปี 1930 ที่มีลำโพงไอออนแบบ Grid Modulated Ion Speaker ; Wolffe ในปี 1930 ที่มีลำโพงไอออนแบบหลายจุด (Multi-Point Ion Speaker) และ De Forest ในปี 1931 ที่มีลำโพงแบบปรับความถี่การไหลของก๊าซ (Modulated Gas Flow Speaker) สิทธิบัตรของ GE เหล่านี้อธิบายวิธีการพื้นฐานเกือบทั้งหมดของการออกแบบลำโพงไร้มวลสมัยใหม่แบบ “สามัญ”
– ไม่มีหลักฐานว่า อุปกรณ์เหล่านี้นอกจากคาโธโฟน (Kathodophone) จะถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์ เรื่องนี้จะเปลี่ยนแปลงไปในไม่ช้า…
…………………………………………
