🥇История реле: говорящий телеграф

Другие статьи цикла:

Телефон возник случайно. Если телеграфные сети 1840-х годов появились благодаря столетнему исследованию возможностей передачи сообщений при помощи электричества, то на телефон люди наткнулись в поисках улучшенного телеграфа. Поэтому довольно легко назначить правдоподобную, хотя и не совсем бесспорную, дату изобретения телефона – год столетия со дня образования США, 1876-й.

И нельзя сказать, чтобы у телефона не было предшественников. С 1830 года учёные-исследователи искали пути превращения звука в электричество, и электричества в звук.

Электрический звук

В 1837 году Чарльз Пейдж, врач и экспериментатор на поле электромагнетизма из Массачусетса, наткнулся на странное явление. Он поместил изолированный спиральный провод между концами постоянного магнита, а затем каждый из концов провода опустил в ёмкости с ртутью, подсоединённые к батарее. Каждый раз, когда он размыкал или замыкал контур, поднимая конец провода из ёмкости или опуская его туда, магнит испускал звук, слышимый с расстояния в метр. Пейдж назвал это гальванической музыкой, и предположил, что всё дело в «молекулярном беспорядке», происходящем в магните. Пейдж запустил волну исследований, посвящённых двум аспектам этого открытия: странного свойства металлических материалов изменять форму при намагничивании, и более очевидной генерации электричеством звука.

Нас особенно интересуют два исследования. Первое проводил Иоганн Филипп Рейс. Рейс обучал математике и точным наукам школьников в институте Гарньера близ Франкфурта, но в свободное время занимался исследованиями электричества. К тому времени несколько электриков уже создали новые варианты гальванической музыки, но Рейс первым овладел алхимией двустороннего перевода звука в электричество и обратно.

Рейс понял, что диафрагма, напоминающая барабанную перепонку человека, может при вибрации замыкать и размыкать электрический контур. Первый прототип устройства «telephon» [«дальноговоритель»], построенный в 1860 году, состоял из вырезанного из дерева «уха» с растянутой на нём мембраной, сделанной из свиного мочевого пузыря. К нижней части мембраны был присоединён платиновый электрод, при вибрации размыкавший и замыкавший контур с батареей. Приёмником была катушка из провода, намотанного вокруг вязальной спицы, закреплённой на скрипке. Корпус скрипки усиливал вибрации изменяющей форму иглы, когда она поочерёдно намагничивалась и размагничивалась.

Поздняя модель телефона Рейса

Рейс придумывал множество усовершенствований для раннего прототипа, и вместе с другими экспериментаторами обнаружил, что если петь или напевать в него что-нибудь, то передаваемый звук оставался узнаваемым. Слова различить было тяжелее, и часто они искажались и становились непонятными. Во многих сообщениях об удачной передаче голоса использовались такие распространённые фразы, как «доброе утро» и «как дела», а их можно было легко угадать. Основной проблемой оставалось то, что передатчик Рейса только размыкал и замыкал контур, но не регулировал силу звука. В результате можно было передавать только частоту с фиксированной амплитудой, а это не могло имитировать все тонкости человеческого голоса.

Рейс считал, что его работы должны быть признаны наукой, но так и не добился этого. Его устройство было популярной диковинкой в среде научной элиты, и копии появлялись в большинстве центров этой элиты: в Париже, Лондоне, Вашингтоне. Но его научную работу отверг журнал профессора Поггендорффа «Annalen der Physik» [«Анналы физики»] – один из старейших научных журналов и самый влиятельный журнал того времени. Попытки Рейса рекламировать телефон при помощи телеграфных компаний также провалились. Он страдал от туберкулёза, и ухудшающаяся болезнь удержала его от дальнейших серьёзных исследований. В итоге в 1873 году болезнь забрала его жизнь и амбиции. И это не последний раз, когда это заболевание будет препятствовать развитию истории телефона.

Пока Рейс улучшал свой телефон, Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц делал последние штрихи к своему плодотворному исследованию слуховой физиологии: «Учение о слуховых ощущениях как физиологическая основа для теории музыки» [Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage für die Theorie der Musik], опубликованном в 1862 году. Гельмгольц, в ту пору профессор Гейдельбергского университета, был гигантом науки XIX века, работая над физиологией зрения, электродинамикой, термодинамикой и пр.

Работа Гельмгольца лишь вскользь относится к нашей истории, но её жаль пропускать. В «Учении о слуховых ощущениях» Гельмгольц сделал для музыки то, что Ньютон сделал для света – показал, как вроде бы единое ощущение можно разобрать на составляющие части. Он доказал, что различия в тембрах, от скрипки до фагота, происходит только из различий относительной силы их обертонов (тонов на двойной, тройной и т.п. частоте по отношению к базовой ноте). Но для нашей истории самое интересное в его работе заключается в примечательном инструменте, разработанном им для демонстрации:

Вариант синтезатора Гельмгольца

Первое устройство Гельмгольц заказал в мастерской Кёльна. Проше говоря, это был синтезатор, способный выдавать звуки на основе композиции простых тонов. Самой его удивительной возможностью была необъяснимая способность воспроизводить гласные звуки, которые все привыкли слышать только исходящими из человеческого рта.

Синтезатор работал от биения основного камертона, вибрировавшего на базовой ноте, замыкавшего и размыкавшего контур, погружая платиновый провод в ёмкость с ртутью. Восемь намагниченных камертонов, каждый из которых вибрировало со своим обертоном, покоились между концов электромагнита, связанного с контуром. Каждое замыкание контура включало электромагниты, и поддерживало камертоны в вибрирующем состоянии. Рядом с каждым камертоном находился цилиндрический резонатор, способный усиливать его жужжание до слышимого уровня. В обычном состоянии крышка на резонаторе была закрыта, и глушила звук камертона. Если отодвинуть крышку в сторону, можно было услышать этот обертон, и таким образом «сыграть» звук трубы, пианино или гласной буквы «о».

Это устройство сыграет небольшую роль в создании нового вида телефона.

Гармонический телеграф

Одной из приманок для изобретателей второй половины XIX века был мультителеграф. Чем больше телеграфных сигналов удавалось впихнуть в один провод, тем больше была эффективность телеграфной сети. К началу 1870-х было известно несколько различных методов организации дуплексной телеграфии (одновременной отправки двух сигналов в противоположных направлениях). Вскоре после этого Томас Эдисон улучшил их, создав квадруплекс, скомбинировав дуплекс и диплекс (одновременную передачу двух сигналов в одном направлении), благодаря чему провод можно было использовать в четыре раза эффективнее.

Но можно ли было дальше увеличить количество сигналов? Организовать какой-нибудь окторуплекс, или ещё больше? То, что звуковые волны можно было превращать в электрический ток и обратно, предлагало интересную возможность. Что, если использовать тона различной высоты для создания акустического, гармонического, или, поэтически выражаясь, музыкального телеграфа? Если физические колебания различной частоты можно перевести в электрические, а затем вновь разобрать их на изначальные частоты с другой стороны, тогда можно было бы отправлять одновременно множество сигналов без взаимных помех. Сам звук был бы тогда только средством для достижения цели, промежуточной средой, формирующей токи для того, чтобы несколько сигналов могло существовать в одном проводе. Для простоты я буду называть эту концепцию гармоническим телеграфом, хотя в то время использовались различные варианты терминов.

Это был не один способ создания мультиплексных сигналов. Во Франции Жан Морис Эмиль Бодо [в честь которого названа единица символьной скорости – бод / прим. перев.] к 1874 году придумал машину с вращающимся распределителем, поочерёдно собиравшим сигналы с нескольких телеграфных передатчиков. Сейчас мы назвали бы это мультиплексом с разбиением по времени, а не по частотам. Но у этого подхода был недостаток – он не привёл бы к созданию телефонии.

К тому времени в американской телеграфии доминировала Western Union, сформировавшаяся в 1850-х в попытке устранить невыгодную для всех конкуренцию между несколькими большими телеграфными компаниями – до появления антимонопольного законодательства можно было спокойно использовать такое объяснения для оправдания подобных слияний. Один из персонажей нашей истории описал это, как «вероятно, крупнейшую из когда-либо существовавших корпораций». Обладая тысячами километров проводов и тратя огромные средства на постройку и поддержку сетей, Western Union с большим интересом следила за разработками в области мультиплексной телеграфии.

Прорывов в телеграфном деле дожидался и другой игрок. Гардинер Грин Хаббард, бостонский юрист и предприниматель был одним из главных сторонников перевода американского телеграфа под контроль федерального правительства. Хаббард считал, что телеграммы могут стоить так же дёшево, как письма, и был настроен подорвать, по его мнению, циничную и вымогательскую монополию Western Union. Законопроект Хаббарда не предлагал полностью национализировать существующие телеграфные компании, как поступили почти все европейские державы, а установил бы спонсируемую правительством телеграфную службу под покровительством почтового министерства. Но результат был бы, скорее всего, тем же, и Western Union ушла бы из этого бизнеса. К середине 1870-х продвижение закона застопорилось, но Хаббард был уверен, что контроль над критическим новым телеграфным патентом мог бы дать ему преимущество для проталкивания своего предложения в Конгрессе.

Гардинер Грин Хаббард

В США сложилось два уникальных фактора: во-первых, континентальный масштаб Western Union. Ни у одной европейской телеграфной организации не было таких протяжённых линий, а, следовательно, и поводов для разработки мультиплексной телеграфии. Во-вторых, открытый вопрос контроля правительства над телеграфом. Последним европейским оплотом была Британия, национализировавшая телеграф в 1870-м. После этого нигде кроме США уже не осталось мест, где маячила бы заманчивая перспектива совершить технологический прорыв и подорвать монополию. Возможно, из-за этого большая часть работы над гармоническим телеграфом велась в США.

На приз претендовали в основном трое. Двое из них были уже маститыми изобретателями – Элиша Грей и Томас Эдисон. Третьим был профессор риторики и преподаватель для глухих по фамилии Белл.

Грей

Элиша Грей вырос на ферме в Огайо. Как многие его современники, в отрочестве он игрался с телеграфией, но в 12 лет, когда умер его отец, он начал искать занятие, которое могло бы его обеспечить. Некоторое время он был учеником кузнеца, затем судовым плотником, а в 22 года он узнал, что может получить образование в Оберлинском колледже, не прекращая плотничать. После пяти лет обучения он погрузился в карьеру изобретателя в области телеграфии. Первым его патентом стало самоподстраивающееся реле, которое, используя второй электромагнит вместо пружины, возвращающей якорь, устранило необходимость подстройки чувствительности реле в зависимости от силы тока в контуре.

Элиша Грей, ок. 1878 г.

К 1870-му он уже был партнёром в компании, производящей электрическое оборудование, и работал там главным инженером. В 1872 году они с партнёром перенесли компанию в Чикаго и переименовали в Western Electric Manufacturing Company. Вскоре Western Electric стала основным поставщиком телеграфного оборудования для Western Union. В итоге она оставит заметный след в истории телефонии.

В начале 1874 года Грей услышал странный звук из своей ванной. Звучал он как завывание вибрирующего реотома, только гораздо сильнее. Реотом (буквально «обрыватель потока») был хорошо известным электрическим устройством, использовавшим металлический язычок для быстрого размыкания и замыкания контура. Заглянув в ванную, Грей увидел своего сына, держащего в одной руке индукционную катушку, соединённую с реотомом, а второй рукой трущего цинковое покрытие ванны, которая жужжала с той же частотой. Грей, заинтересованный открывшиммся возможностями, отошёл от ежедневной работы в Western Electric, чтобы снова заняться изобретательством. К лету он разработал полнооктавный музыкальный телеграф, при помощи которого можно было проигрывать звуки на диафрагме, сделанной из металлического таза, нажимая на клавиши клавиатуры.

Передатчик

Приёмник

Музыкальный телеграф был новинкой без очевидной коммерческой ценности. Но Грей понял, что возможность передачи звуков разной тональности по одному проводу давала ему две возможности. С передатчиком другой конструкции, способным улавливать звук из воздуха, можно было создать голосовой телеграф. С другим приёмником, способным разделять комбинированный сигнал на компоненты, можно было сделать гармонический телеграф – то есть, мультиплексный телеграф на основе звука. Он решил сконцентрироваться на втором варианте, поскольку у телеграфной индустрии были очевидные запросы. Он утвердился в своём выборе, узнав о телефоне Рейса, который, как казалось, был простой философской игрушкой.

Приёмник гармонического телеграфа Грей изготовил из набора электромагнитов, сопряжённых с металлическими полосками. Каждая полоска была настроена на конкретную частоту, и звучала, когда на передатчике нажимали соответствующую кнопку. Передатчик работал на том же принципе, что и музыкальный телеграф.

Грей улучшал своё аппарат последующие два года и повёз его на выставку. Официально мероприятие именовалось «Международной выставкой искусств, промышленных изделий и продуктов почв и шахт«. Это была первая всемирная выставка, проведённая в США, и она совпала с празднованием столетия нации, в связи с чем на ней была представлена т.н. «Столетняя экспозиция». Проходила она в Филадельфии летом 1876 года. Там Грей продемонстрировал «октруплексное» соединение (то есть, передачу восьми сообщений одновременно) на специально подготовленной телеграфной линии из Нью-Йорка. Это достижение получило высокую оценку у судей выставки, но вскоре его затмило ещё большее чудо.

Эдисон

Уильям Ортон, президент Western Union, довольно быстро узнал о прогрессе Грея, что заставило его сильно понервничать. В лучшем случае при успехе Грея ситуация обернётся очень дорогим лицензированием патента. В худшем случае патент Грея станет основой для создания конкурирующей компании, которая пошатнёт господство Western Union.

Поэтому в июле 1875 года Ортон достал туза из рукава, а именно Томаса Эдисона. Эдисон рос бок о бок с телеграфией, провёл несколько лет в роли оператора телеграфа, а затем стал изобретателем. Его наивысшим триумфом на то время была квадруплексная связь, созданная на деньги Western Union годом ранее. Теперь Ортон надеялся, что тот улучшит своё изобретение и превзойдёт то, что удалось сделать Грею. Он предоставил Эдисону описание телефона Рейса; также Эдисон проштудировал работу Гельмгольца, недавно переведённую на английский.

Эдисон был на пике формы, и инновационные идеи сыпались из него, как искры с наковальни. В последовавшем году он показал два различных подхода к акустическому телеграфу – первый был похож на телеграф Грея, и использовал камертоны или вибрирующие язычки для создания или восприятия нужной частоты. Эдисону не удалось заставить такой аппарат работать на приемлемом уровне.

Второй подход, который он назвал «акустическим передатчиком», был совершенно другим. Вместо использования вибрирующих язычков для передачи различных частот, он использовал их для передачи импульсов с различными интервалами. Он делил использование провода между передатчиками по времени, а не по частоте. Это требовало идеальной синхронизации вибраций в каждой паре приёмник-передатчик, чтобы сигналы не накладывались. К августу 1876 года на этом принципе у него работал квадруплекс, хотя на расстоянии в более чем 100 миль сигнал становился бесполезен. У него были и идеи по поводу улучшения телефона Рейса, которые он временно отложил.

А затем Эдисон услышал о сенсации, произведённой на Столетней экспозиции в Филадельфии человеком по имени Белл.

Белл

Александр Грейам Белл родился в Эдинбурге, Шотландия, а вырос в Лондоне под чутким руководством своего дедушки. Как Грей и Эдисон, в отрочестве он проявил интерес к телеграфу, но затем пошёл по стопам своего отца и деда, избрав своей главной страстью человеческую речь. Его дед, Александр, сделал себе имя на сцене, а затем стал преподавать ораторское искусство. Отец, Александр Мелвил, также был преподавателем, и даже разработал и опубликовал фонетическую систему, названную им «видимая речь». Младший Александр (Алек, как его называли в семье), избрал своим занятием обучение глухих речи.

К концу 1860-х он занимался анатомией и физиологией в Университетском колледже Лондона. Вместе с ним училась студентка Мари Экклстон, на которой он собирался жениться. Но затем он отказался и от обучения, и от любви. Два его брата умерли от туберкулёза, и отец Алека потребовал, чтобы он вместе с оставшейся семьёй эмигрировал в Новый Свет, чтобы сохранить здоровье единственному сыну. Белл подчинился, хотя сопротивлялся и негодовал по этому поводу, и поднял паруса в 1870 году.

После небольшой халтурки в Онтарио Александр не без связей отца нашёл работу преподавателя школы глухих в Бостоне. Там начали заплетаться нити его будущего.

Сначала у него появилась ученица Мэйбл Хаббард, потерявшая слух в пять лет из-за скарлатины. Белл занимался частным репетиторством даже после того, как стать профессором вокальной физиологии и ораторского искусства в Бостонском Университете, и Мэйбл была в числе его первых учениц. Во время обучения ей было чуть меньше 16 лет, на десять лет меньше, чем Беллу, и за несколько месяцев он влюбился в эту девушку. Мы ещё вернёмся к её истории.

В 1872 году Белл возобновил свой интерес к телеграфии. За несколько лет до этого, ещё будучи в Лондоне, Белл прознал об экспериментах Гельмгольца. Но Белл неправильно понял достижение Гельмгольца, посчитав, что тот не только создал, но и передал сложные звуки при помощи электричества. Так Белл увлёкся гармоническим телеграфом – совместным использованием провода несколькими сигналами, передающимися на нескольких частотах. Возможно, будучи вдохновлённым новостями о том, что Western Union приобрела идею дуплексного телеграфа у Джозефа Стёрнса, его земляка из Бостона, Белл пересмотрел свои идеи и, как Эдисон и Грей, начал стараться реализовать их.

Однажды в гостях у Мэйбл он задел вторую нить своей судьбы – стоя рядом с фортепьяно, он показал её семье трюк, которому научился в юности. Если пропеть в фортепьяно чистую ноту, то соответствующая струна зазвенит и проиграет её вам в ответ. Он рассказал отцу Мейбл, что настроенный телеграфный сигнал может достичь того же эффекта, и объяснил, как это можно использовать в мультиплексной телеграфии. И Белл не нашёл бы слушателя, лучше настроенного на его историю: тот резонировал с радостью и мгновенно понял главную мысль: «воздух для всех один, и провод нужен только один», то есть, волновое распространение тока в проводе может в миниатюре копировать распространение в воздухе волн, порождённых сложным звуком. Слушателем Белла был Гардинер Хаббард.

Телефон

И теперь история становится очень запутанной, так что я боюсь испытывать терпение читателей. Попробую отследить основные тенденции, не увязая в деталях.

Белл, поддерживаемый Хаббардом и отцом ещё одного из его студентов, старательно работал над гармоническим телеграфом, не разглашая своих успехов. Яростную работу он чередовал с периодами отдыха, когда его подводило здоровье, пытаясь при этом выполнять свои университетские обязанности, продвигать систему «видимой речи» его отца и работать репетитором. Он нанял нового ассистента, Томаса Уотсона, опытного механика из бостонской механической мастерской Чарльза Уильямса – там собирались интересующиеся электричеством люди. Хаббард подгонял Белла, и не стеснялся даже использовать руку своей дочери в качестве стимула, отказываясь выдать её замуж до тех пор, пока Белл не усовершенствует свой телеграф.

Летом 1874 года во время отдыха недалеко от семейного дома в Онтарио на Белла снизошло озарение. Несколько мыслей, существовавших у него в подсознании, слились в одну – телефон. На его мысли не в последнюю очередь повлиял фоноавтограф – первое в мире звукозаписывающее устройство, рисовавшее звуковые волны на закопчённом стекле. Это убедило Белла, что звук любой сложности можно низвести до движений точки в пространстве, такой, как движение тока по проводу. На технических подробностях задерживаться не будем, ибо они не имеют отношения к реально созданным телефонам и практичность их применения сомнительна. Но они направили мышление Белла в новом направлении.

Набросок концепции изначального варианта телефона Белла с «гармониками» (не был построен)

Белл на время отложил эту идею, чтобы, как ожидали от него партнёры, преследовать цель создания гармонического телеграфа.

Но рутина по точной подстройке инструментов ему вскоре надоела, и его сердце, уставшее от множества практических препятствий, стоящих на пути от рабочего прототипа до практической системы, всё более тяготело в сторону телефона. Человеческий голос был его первой страстью. Летом 1875 года он обнаружил, что вибрирующие язычки могут не только быстро замыкать и размыкать контур на манер ключа телеграфа, но и создавать непрерывный волнообразный ток, двигаясь в магнитном поле. Он рассказал свою идею телефона Уотсону, и вместе они построили первую модель телефона на таком принципе – вибрирующая в поле электромагнита диафрагма возбуждала волнообразный ток в контуре магнита. Это устройство способно было передавать некие приглушённые звуки голоса. Хаббард не был впечатлён устройством и приказал Беллу вернуться к реальным задачам.

Рудиментарный телефон-«виселица» Белла лета 1875 года

Но Белл всё же убедил Хаббарда и остальных партнёров, что идею следует запатентовать, поскольку её можно будет использовать в мультиплексной телеграфии. И если уж подавать заявку на патент, никто не запретит упомянуть в нём возможность использования устройства для голосовых коммуникаций. Затем в январе Белл добавил в черновик патента новый механизм генерации волнового тока: переменное сопротивление. Он хотел соединить вибрирующую диафрагму, принимавшую звук, с платиновым контактом, опускавшимся и поднимавшимся из ёмкости с кислотой, в которой находился другой, неподвижный контакт. Когда движущийся контакт погружался глубже, то с кислотой контактировала поверхность большей площади, что уменьшало сопротивление току, текущему между контактами – и наоборот.

Набросок Белла концепции передатчика с жидкостным переменным сопротивлением

Хаббард зная, что Грей наступает Беллу на пятки, отправил заявку на патент волнового тока в патентное ведомство утром 14 февраля, не дожидаясь финального подтверждения от Белла. А днём того же дня прибыл адвокат Грея с его патентом. В нём тоже содержалось предложение о генерации волнового тока при помощи жидкостного переменного сопротивления. В нём тоже упоминались возможности применения изобретения как для телеграфа, так и для передачи голоса. Но он опоздал на несколько часов для того, чтобы помешать патенту Белла. Если бы порядок прибытия был другим, то перед выдачей разрешения на патент нужно было бы проводить долгие слушания по поводу приоритетов. В результате 7 марта Беллу был выдан патент за номером 174 465, «Улучшения в телеграфии», что и заложило краеугольный камень в будущее доминирование системы Белла.

Но в этой драматической истории не обошлось без иронии. Ибо 14 февраля 1876 года ни Белл, ни Грей не построили работающей модели телефона. Никто даже не пробовал это сделать, если не считать короткой попытки Белла в прошлом июле, в которой не было никакого переменного сопротивления. Поэтому не стоит рассматривать патенты как вехи в истории технологии. Этот критический момент в развитии телефонии как бизнес-предприятия практически не был связан с телефоном как устройством.

Только после отправки патента у Белла и Уотсона появилась возможность вернуться к телефону, несмотря на постоянные требования Хаббарда о продолжении работы над мультиплексным телеграфом. Белл и Уотсон несколько месяцев пытались заставить работать идею с жидкостным переменным сопротивлением, и построенный на этом принципе телефон был использован для передачи знаменитой фразы: «Мистер Уотсон, подойдите сюда, я хочу вас видеть».

Но у изобретателей постоянно возникали проблемы с надёжностью этих передатчиков. Поэтому Белл и Уотсон стали работать над новыми передатчиками, используя принцип магнето, с которым они экспериментировали летом 1875 года – с использованием движения диафрагмы в магнитном поле для непосредственного возбуждения тока. Преимуществом были простота и надёжность. Недостатком было то, что малая мощность телефонного сигнала была следствием вибраций воздуха, создаваемых голосом говорящего. Это ограничивало эффективное рабочее расстояние передатчика-магнето. А у устройства с переменным сопротивлением голос модулировал ток, создаваемый батареей, который можно было сделать сколь угодно сильным.

Новые магнето работали гораздо лучше чем те, что были прошлым летом, и Гардинер решил, что в идее телефона всё-таки может что-то быть. Среди прочих развлечений он участвовал в комитете образования и научных выставок Массачусетса в приближавшейся Столетней экспозиции. Он использовал своё влияние, чтобы дать Беллу место на выставке и на конкурсе, где судьи оценивали электрические изобретения.

Передатчик-магнето Белла/Уотсона. Вибрирующая металлическая диафрагма D движется в магнитном поле магнита H и возбуждает ток в контуре

Приёмник

Судьи прибыли к Беллу сразу после изучения гармонического телеграфа Грея. Он оставил их у приёмника и отошёл к одному из передатчиков, расположенных в ста метрах дальше по галерее. Собеседники Белла были поражены, услышав его пение и слова, выходящие из маленькой металлической коробочки. Одним из судей был земляк Белла, шотландец Уильям Томсон (которому позже даровали титул лорд Кельвин). Он в радостном возбуждении побежал в другой конец зала к Беллу, чтобы сообщить ему, что услышал его слова, а позже объявил телефон «самой удивительной штукой, виденной им в Америке». Там же присутствовал император Бразилии, который сначала прижал коробку к уху, а затем вскочил со стула с криками: «Я слышу, я слышу!»

Вызванная Беллом на выставке шумиха заставила Эдисона заняться своими предыдущими идеями телефонной передачи. Он сразу же набросился на главный недостаток устройства Белла – хилый передатчик-магнето. Из своих опытов с квадруплексом он знал, что сопротивление угольной крошки изменялось с изменением давления. После множества экспериментов с различными конфигурациями он разработал передатчик переменного сопротивления, работающий на этом принципе. Вместо движущегося в жидкости контакта волны давления голоса говорившего сжимали угольную «кнопку», изменяли её сопротивление, а следовательно, и силу тока в контуре. Это было гораздо надёжнее и проще в воплощении, чем жидкостные передатчики, задуманные Беллом и Греем, и стало решающим вкладом в долгосрочный успех телефона.

Но всё же Белл первым сделал телефон, несмотря на очевидные преимущества в опыте и навыках, имевшиеся у его соперников. Он был первым не потому, что его посетило озарение, до которого не дошли другие – до телефона додумались и они, но они посчитали его малозначительным по сравнению с улучшенным телеграфом. Белл был первым, потому что ему больше нравился человеческий голос, чем телеграф, нравился настолько, что он сопротивлялся желанию своих партнёров, пока не сумел доказать работоспособность своего телефона.

А что же с гармоническим телеграфом, на который Грей, Эдисон и Белл потратили столько усилий и мыслей? Пока ничего не получилось. Держать механические вибраторы с обеих концов провода идеально настроенными оказалось очень сложно, и никто не знал, как усилить комбинированный сигнал, чтобы он работал на дальних расстояниях. Только ближе к середине XX века, после того, как электрические технологии, начавшиеся с радио, позволили создавать точную настройку частот и усиление с низким уровнем шумом, идея наложения множества сигналов для передачи по одному проводу превратилась в реальность.

Прощание с Беллом

Несмотря на успех телефона на выставке, Хаббард не был заинтересован в построении телефонной системы. Следующей зимой он предложил Уильяму Ортону, президенту Western Union, приобрести все права на телефон согласно патенту Белла за $100 000. Ортон отказался, под влиянием комбинации из неприязни к Хаббарду и его схемам с почтовым телеграфом, уверенности в своих силах и работе Эдисона над телефоном, а также веры в то, что телефон по сравнению с телеграфом значил очень мало. Другие попытки продать идею телефона не увенчались успехом, в основном из-за страхов перед огромными расходами на тяжбы по поводу прав на патент в случае коммерциализации. Поэтому в июле 1877 года Белл с партнёрами основали Bell Telephone Company, чтобы организовать телефонный сервис самостоятельно. В том же месяце Белл наконец женился на Мэйбл Гардинер в доме её семьи, став достаточно успешным, чтобы завоевать благословление её отца.

Алек с женой Мейбл и двумя выжившими детьми – двое его сыновей умерли в младенчестве (ок. 1885 года)

В следующем году Ортон поменял своё отношение к телефону и создал свою компанию, American Speaking Telephone Company, рассчитывая, что патенты Эдисона, Грея и других защитят компанию от юридических нападок Белла. Она стала смертельной угрозой интересам Белла. У Western Union было два главных преимущества. Во-первых, большие финансовые средства. Компания Белла нуждалась в деньгах, поскольку сдавала оборудование своим клиентам в аренду, из-за чего для его окупаемости требовались многие месяцы. Во-вторых, доступ к улучшенному передатчику Эдисона. Любой, кто сравнивал его передатчик с устройством Белла, не мог не отметить лучшую чёткость и громкость голоса у первого. Компании Белла не оставалось ничего, кроме как подать на конкурента в суд, обратившись с иском о нарушении патента.

Если бы Western Union обладала недвусмысленными правами на единственно доступный высококачественный передатчик, у неё был бы мощный рычаг для достижения соглашения. Но команда Белла раскопала предыдущий патент на сходное устройство, полученный немецким эмигрантом Эмилем Берлинером, и выкупила его. Только через много лет юридических баталий патенту Эдисона присвоили приоритет. Видя, что разбирательство не приносит успеха, в ноябре 1879 года Western Union согласилась передать все патентные права на телефон, оборудование и базу существующих подписчиков (55 000 человек) в компанию Белла. В обмен они попросили лишь 20% с аренды телефонов на следующие 17 лет, а также, чтобы Белл не лез в телеграфный бизнес.

Компания Белла быстро заменила устройства Белла улучшенными моделями, основанными сначала на патенте Берлинера, а затем – на патентах, полученных у Western Union. К тому времени, как тяжба закончилось, основным занятием Белла была дача показаний на патентных тяжбах, коих было предостаточно. К 1881 году он полностью отошёл от дел. Как Морзе, и в отличие от Эдисона, он не был создателем систем. Теодор Вэйл, энергичный менеджер, которого Гардинер переманил из почтовой службы, взял компанию в свои руки и привёл её к доминирующему положению в стране.

Изначально телефонная сеть росла совсем не так, как телеграфная. Последняя развивалась прыжками от одного коммерческого центра до другого, преодолевая по 150 км за раз, выискивая точки наивысшей концентрации ценных клиентов, и только затем дополняя сеть связями с менее крупными местными рынками. Телефонные сети росли как кристаллы из мелких точек роста, из нескольких клиентов, расположенных в независимых скоплениях в каждом городе и окрестностях, и медленно, за десятилетия, объединялись в региональные и национальные структуры.

Препятствий для крупномасштабной телефонии было два. Во-первых, существовала проблема расстояния. Даже с усиленными передатчиками переменного сопротивления, созданными на базе идеи Эдисона, дальность работы телеграфа и телефона была несравнимой. Более сложный сигнал телефона был больше подвержен шуму, а электрические свойства флуктуирующих токов были известны хуже, чем свойства постоянного тока, используемого в телеграфе.

Во-вторых, существовала проблема связи. Телефон Белла был устройством связи один на один, он мог соединять две точки по одному проводу. Для телеграфа это не было проблемой. Один офис мог обслуживать множество клиентов, и сообщения можно было легко перенаправлять из центрального офиса по другой линии. Но не было простого способа передать телефонный разговор. В первом варианте реализации телефона третий и последующие люди могли соединиться с двумя беседовавшими людьми только через то, что позже назовут «спаренным телефоном». То есть, если все аппараты подписчиков были присоединены к одной линии, то каждый из них мог говорить (или подслушивать) с остальными.

К проблеме расстояния мы вернёмся в своё время. В следующей части мы углубимся в проблему соединений и её последствия, имевшие влияние на развитие реле.

Что почитать

Robert V. Bruce, Bell: Alexander Graham Bell and the Conquest of Solitude (1973)
David A. Hounshell, “Elisha Gray and the Telephone: On the Disadvantages of Being an Expert”, Technology and Culture (1975).
Paul Israel, Edison: A Life of Invention (1998)
George B. Prescott, The Speaking Telephone, Talking Phonograph, and Other Novelties (1878)

Источник: habr.com