Weitere Artikel der Reihe:
- Die Geschichte der Relais
- Die Geschichte der elektronischen Computer
- Die Geschichte des Transistors
- Die Geschichte des Internets
Das Telefon entstand zufällig. Wenn das Ergebnis eines hundertjährigen Studiums der Möglichkeiten der Nachrichtenübertragung mittels Elektrizität waren, stießen die Menschen auf das Telefon auf der Suche nach einer verbesserten Version des Telegraphen. Daher ist es relativ einfach, ein glaubwürdiges, wenn auch nicht ganz unumstrittenes, Datum für die Erfindung des Telefons festzulegen – das Jahr des hundertsten Jubiläums der Gründung der USA, 1876.
Und man kann nicht sagen, dass das Telefon keine Vorgänger hatte. Seit 1830 suchten Wissenschaftler nach Wegen, Klang in Elektrizität und Elektrizität in Klang umzuwandeln.
Elektrischer Klang
Im Jahr 1837 , ein Arzt und Experimentator auf dem Gebiet des Elektromagnetismus aus Massachusetts, stieß auf ein seltsames Phänomen. Er platzierte einen isolierten Spiraldraht zwischen den Enden eines Permanentmagneten und tauchte dann jedes Ende des Drahtes in Behälter mit Quecksilber, die an eine Batterie angeschlossen waren. Jedes Mal, wenn er den Stromkreis öffnete oder schloss, indem er das Ende des Drahtes aus dem Behälter hob oder hineinlegte, gab der Magnet einen Ton von sich, der aus einem Meter Entfernung hörbar war. Page nannte dies galvanische Musik und vermutete, dass dies auf eine „molekulare Unordnung“ im Magneten zurückzuführen sei. Page initiierte eine Welle von Forschungen zu zwei Aspekten dieser Entdeckung: der seltsamen Eigenschaft metallischer Materialien, sich beim Magnetisieren zu verformen, und der offensichtlicheren Erzeugung von Klang durch Elektrizität.
Besonders interessieren uns zwei Studien. Die erste wurde von Johann Philipp Reis durchgeführt. Reis unterrichtete Mathematik und Naturwissenschaften am Garnier-Institut nahe Frankfurt, beschäftigte sich jedoch in seiner Freizeit mit der Forschung im Bereich Elektrizität. Zu dieser Zeit hatten bereits einige Elektriker neue Varianten der galvanischen Musik entwickelt, doch Reis beherrschte als Erster die Alchemie der bidirektionalen Umwandlung von Schall in Elektrizität und zurück.
Reis erkannte, dass eine Membran, die dem menschlichen Trommelfell ähnelt, beim Vibrieren einen elektrischen Kreislauf schließen und öffnen kann. Der erste Prototyp des Geräts „telephon“ [„Fernsprecher“], der 1860 gebaut wurde, bestand aus einem aus Holz geschnittenen „Ohr“ mit einer darauf gespannten Membran aus einem Schweineblasen. An der Unterseite der Membran war eine Platin-Elektrode angebracht, die beim Vibrieren den Kreis mit einer Batterie schloss und öffnete. Als Empfänger diente eine Spule, die um eine Stricknadel gewickelt war, die auf einer Geige befestigt war. Der Geigenkörper verstärkte die Vibrationen der sich verändernden Nadel, während sie nacheinander magnetisiert und entmagnetisiert wurde.
Spätere Modelle von Reis' Telefon
Reys arbeitete an zahlreichen Verbesserungen des frühen Prototyps und entdeckte gemeinsam mit anderen Experimentatoren, dass, wenn man in ihn hinein sang oder eine Melodie summte, der übertragene Klang erkennbar blieb. Die Worte waren schwerer zu unterscheiden und häufig verzerrt, sodass sie unverständlich wurden. In vielen Berichten über erfolgreiche Sprachübertragungen wurden gängige Phrasen wie "Guten Morgen" und "Wie geht's" verwendet, die leicht erraten werden konnten. Das Hauptproblem blieb, dass der Reys-Transmitter nur den Schaltkreis öffnete und schloss, jedoch die Lautstärke nicht regelte. Dadurch konnte nur eine Frequenz mit fester Amplitude übertragen werden, was nicht alle Feinheiten der menschlichen Stimme imitieren konnte.
Reis war der Ansicht, dass seine Arbeiten als Wissenschaft anerkannt werden sollten, jedoch gelang ihm dies nicht. Sein Gerät war eine beliebte Kuriosität unter der wissenschaftlichen Elite, und Nachahmungen tauchten in den meisten Zentren dieser Elite auf: in Paris, London und Washington. Doch seine wissenschaftliche Arbeit wurde von der Zeitschrift des Professors Poggendorffs, den «Annalen der Physik», abgelehnt – einem der ältesten wissenschaftlichen Journale und dem einflussreichsten zu jener Zeit. Reis' Versuche, das Telefon über Telegraphenunternehmen zu bewerben, schlugen ebenfalls fehl. Er litt an Tuberkulose, und die fortschreitende Krankheit hinderte ihn an weiteren ernsthaften Forschungen. Schließlich kostete ihn die Krankheit im Jahr 1873 sowohl sein Leben als auch seine Ambitionen. Und dies sollte nicht das letzte Mal sein, dass diese Erkrankung der Entwicklung der Telefonie im Wege stand.
Während Reis sein Telefon verbesserte, er arbeitete an den letzten Feinheiten seiner produktiven Forschung zur Hörphysiologie: „Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage für die Theorie der Musik“, veröffentlicht im Jahr 1862. Helmholtz, zu jener Zeit Professor an der Universität Heidelberg, war ein Gigant der Wissenschaft des 19. Jahrhunderts, der sich mit der Physiologie des Sehens, Elektrodynamik, Thermodynamik und mehr beschäftigte.
Die Arbeit von Helmholtz hat nur am Rande mit unserer Geschichte zu tun, aber sie sollte nicht unerwähnt bleiben. In „Die Lehre von den Tonempfindungen“ hat Helmholtz für die Musik getan, was Newton für das Licht getan hat – er zeigte, wie ein scheinbar einheitliches Gefühl in seine Einzelteile zerlegt werden kann. Er bewies, dass die Unterschiede in den Klangfarben, von der Violine bis zum Fagott, ausschließlich auf den Unterschieden in der relativen Stärke ihrer Obertöne (Töne bei doppelter, dreifacher usw. Frequenz im Verhältnis zum Grundton) beruhen. Aber für unsere Geschichte ist das Interessanteste an seiner Arbeit das bemerkenswerte Instrument, das er zur Demonstration entwickelt hat:
Die Variante des Helmholtz-Synthesizers
Das erste Gerät, das Helmholtz in der Kölner Werkstatt bestellte, war ein Synthesizer, der in der Lage war, Klänge basierend auf der Kombination einfacher Töne zu erzeugen. Seine bemerkenswerteste Fähigkeit war die unerklärliche Fähigkeit, Vokale wiederzugeben, die man normalerweise nur aus dem menschlichen Mund kennt.
Der Synthesizer arbeitete mit dem Schwingen eines Grundton-Stimmgabels, das in der Basisnote vibrierte und den Kreis schloss und öffnete, während es den Platin-Draht in ein Quecksilberbad eintauchte. Acht magnetisierte Stimmgabeln, von denen jede mit ihrem eigenen Oberton vibrierte, lagen zwischen den Enden eines Elektromagneten, der mit dem Schaltkreis verbunden war. Jedes Schließen des Kreises aktivierte die Elektromagnete und hielt die Stimmgabeln in einem vibrierenden Zustand. Neben jeder Stimmgabel befand sich ein zylindrischer Resonator, der in der Lage war, dessen Summen auf ein hörbares Niveau zu verstärken. Im Normalzustand war der Deckel auf dem Resonator geschlossen, wodurch der Klang der Stimmgabel gedämpft wurde. Wenn man den Deckel zur Seite schob, konnte man diesen Oberton hören und so den Klang einer Trompete, eines Klaviers oder den Vokal 'o' 'spielen'.
Dieses Gerät wird eine kleine Rolle bei der Schaffung einer neuen Art von Telefon spielen.
Harmonischer Telegraph
Eine der Attraktionen für Erfinder in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts war der Multitelegraph. Je mehr Telegraphensignale in einen Draht gepackt werden konnten, desto effizienter wurde das Telegraphennetz. Zu Beginn der 1870er Jahre waren mehrere Methoden zur Einrichtung der Duplex-Telegraphie (gleichzeitige Übertragung von zwei Signalen in entgegengesetzte Richtungen) bekannt. Kurz darauf verbesserte Thomas Edison diese, indem er den Quadruplex entwickelte, der Duplex und Diplex (gleichzeitige Übertragung von zwei Signalen in eine Richtung) kombinierte, wodurch der Draht viermal effizienter genutzt werden konnte.
Aber kann man die Anzahl der Signale noch weiter erhöhen? Könnte man eine Art Oktokabel organisieren oder noch mehr? Die Möglichkeit, Schallwellen in elektrischen Strom und zurück zu verwandeln, bot eine interessante Gelegenheit. Was, wenn man Töne unterschiedlicher Höhe verwenden würde, um einen akustischen, harmonischen oder, poetisch ausgedrückt, musikalischen Telegraphen zu schaffen? Wenn physikalische Schwingungen unterschiedlicher Frequenzen in elektrische umgewandelt und dann auf der anderen Seite wieder in ihre ursprünglichen Frequenzen zerlegt werden können, wäre es möglich, gleichzeitig viele Signale ohne gegenseitige Störungen zu senden. Der Schall wäre dann nur ein Mittel zum Zweck, ein Zwischenmedium, das Ströme bildet, damit mehrere Signale in einem Draht existieren können. Zur Vereinfachung werde ich dieses Konzept harmonischer Telegraph nennen, obwohl zu jener Zeit verschiedene Terminologien verwendet wurden.
Das war nicht die einzige Möglichkeit, multiplexe Signale zu erzeugen. In Frankreich [in Anlehnung an die Einheit der symbolischen Geschwindigkeit – Baud / Anmerkung des Übersetzers] Im Jahr 1874 entwickelte er eine Maschine mit einem drehbaren Verteiler, der die Signale von mehreren Telegraphenübertragern nacheinander sammelte. Heute würden wir dies als Multiplexing mit Zeitteilung und nicht mit Frequenzteilung bezeichnen. Allerdings hatte dieser Ansatz einen Nachteil – er hätte nicht zur Schaffung der Telefonie geführt.
Zu diesem Zeitpunkt dominierte die Western Union die amerikanische Telegraphie, die in den 1850er Jahren gegründet wurde, um den für alle nachteiligen Wettbewerb zwischen mehreren großen Telegraphenunternehmen zu eliminieren – vor der Einführung des Antimonopolgesetzes konnte man solche Erklärungen bedenkenlos zur Rechtfertigung solcher Fusionen verwenden. Einer der Protagonisten unserer Geschichte beschrieb dies als „wahrscheinlich die größte jemals existierende Körperschaft“. Mit Tausenden von Kilometern an Leitungen und enormen Ausgaben für den Bau und die Wartung von Netzen hatte die Western Union reges Interesse an den Entwicklungen im Bereich der multiplexen Telegraphie.
Auch ein weiterer Akteur wartete auf Durchbrüche in der Telegraphie. , der Bostoner Anwalt und Unternehmer war einer der Hauptbefürworter der Überführung des amerikanischen Telegraphen in die Kontrolle der Bundesregierung. Hubbard war der Meinung, dass Telegramme genauso günstig sein könnten wie Briefe, und war bestrebt, das seiner Meinung nach zynische und erpresserische Monopol der Western Union zu untergraben. Hubbards Gesetzesvorlage sah nicht vor, die bestehenden Telegraphengesellschaften vollständig zu nationalisieren, wie es fast alle europäischen Großmächte taten, sondern würde einen staatlich geförderten Telegraphendienst unter dem Schutz des Postministeriums einrichten. Doch das Ergebnis wäre wahrscheinlich dasselbe gewesen, und die Western Union hätte sich aus diesem Geschäft zurückgezogen. Mitte der 1870er Jahre stockte die Förderung des Gesetzes, aber Hubbard war überzeugt, dass die Kontrolle über ein wichtiges neues Telegraphenpatent ihm einen Vorteil verschaffen könnte, um seinen Vorschlag im Kongress voranzutreiben.
Gardiner Green Hubbard
In den USA gab es zwei einzigartige Faktoren: Erstens der kontinentale Maßstab von Western Union. Keine europäische Telegraphenorganisation verfügte über solche ausgedehnten Linien, und folglich auch nicht über die Gründe zur Entwicklung der Multiplex-Telegraphie. Zweitens blieb die offene Frage der Kontrolle durch die Regierung über den Telegraphen. Das letzte europäische Bollwerk war Großbritannien, das 1870 den Telegraphen nationalisierte. Danach gab es außerhalb der USA keinen Ort mehr, wo die verlockende Aussicht auf einen technologischen Durchbruch und die Zerschlagung eines Monopols aufblitzte. Möglicherweise wurde aus diesem Grund die meiste Arbeit am harmonischen Telegraphen in den USA geleistet.
Um den Preis bewarben sich hauptsächlich drei Personen. Zwei davon waren bereits etablierte Erfinder – und . Der dritte war ein Professor für Rhetorik und Lehrer für Gehörlose namens Bell.
Gray
Elisha Gray wuchs auf einer Farm in Ohio auf. Wie viele seiner Zeitgenossen beschäftigte er sich in seiner Jugend mit Telegraphie, doch als sein Vater im Alter von 12 Jahren starb, suchte er nach einem Beruf, der ihm ein Auskommen sichern könnte. Zunächst war er einige Zeit Lehrling bei einem Schmied, danach als Schiffszimmerer tätig. Mit 22 Jahren erfuhr er, dass er am Oberlin College studieren konnte, während er weiterhin als Tischler arbeitete. Nach fünf Jahren Ausbildung stürzte er sich in eine Karriere als Erfinder im Bereich der Telegraphie. Sein erstes Patent war ein selbstjustierendes Relais, das durch den Einsatz eines zweiten Elektromagneten anstelle einer Feder, die den Anker zurückführte, die Notwendigkeit beseitigte, die Empfindlichkeit des Relais entsprechend der Stromstärke im Stromkreis anzupassen.
Elisha Gray, ca. 1878
Bis 1870 war er bereits Partner in einem Unternehmen, das elektrische Geräte herstellte, und arbeitete dort als Hauptingenieur. 1872 zogen er und sein Partner das Unternehmen nach Chicago um und benannten es in Western Electric Manufacturing Company um. Schnell wurde Western Electric der Hauptlieferant von Telegraphiegeräten für die Western Union. Damit hinterließ es einen bedeutenden Abdruck in der Geschichte der Telefonie.
Anfang 1874 hörte Gray ein seltsames Geräusch aus seinem Badezimmer. Es klang wie das Heulen eines vibrierenden Reotoms, nur viel intensiver. Der Reotom (wörtlich „Stromunterbrecher“) war ein bekanntes elektrisches Gerät, das einen metallischen Zungenkontakt für das schnelle Öffnen und Schließen des Stromkreises nutzte. Als er ins Badezimmer schaute, sah Gray seinen Sohn, der in einer Hand eine Induktionsspule hielt, die mit dem Reotom verbunden war, während er mit der anderen Hand die verzinkte Badewanne rieb, die mit derselben Frequenz summte. Fasziniert von den neu entdeckten Möglichkeiten, zog Gray sich von seiner täglichen Arbeit bei Western Electric zurück, um sich wieder dem Erfinden zu widmen. Bis zum Sommer hatte er einen volloktagischen Musiktelegraphen entwickelt, mit dem man Töne über eine Membran, die aus einem metallischen Becken gemacht war, wiedergeben konnte, indem man Tasten auf der Tastatur drückte.
Sender
Empfänger
Der musikalische Telegraph war eine Neuerung ohne offensichtlichen kommerziellen Wert. Doch Gray erkannte, dass die Möglichkeit, Klänge unterschiedlicher Tonlagen über einen einzigen Draht zu übertragen, ihm zwei Optionen eröffnete. Mit einem anderen Transmitter, der in der Lage war, Schall aus der Luft aufzufangen, könnte er einen Sprachtelegraphen schaffen. Mit einem anderen Empfänger, der in der Lage war, das kombinierte Signal in seine Komponenten zu zerlegen, hätte er einen harmonischen Telegraphen herstellen können – also einen Multiplextelegraphen basierend auf Klang. Er entschied sich, auf die zweite Option zu fokussieren, da die Telegraphenindustrie offensichtlich Bedarf hatte. Er festigte seine Entscheidung, als er von Reis' Telefon erfuhr, das, wie es schien, ein einfaches philosophisches Spielzeug war.
Der Empfänger des harmonischen Telegraphen von Gray wurde aus einem Set von Elektromagneten hergestellt, die mit Metallstreifen verbunden waren. Jeder Streifen war auf eine bestimmte Frequenz eingestellt und ertönte, wenn der entsprechende Knopf am Transmitter gedrückt wurde. Der Transmitter arbeitete nach dem gleichen Prinzip wie der musikalische Telegraph.
Gray verbesserte seine Apparatur in den folgenden zwei Jahren und brachte sie zur Ausstellung. Offiziell wurde die Veranstaltung "" genannt. Dies war die erste Weltausstellung, die in den USA stattfand, und sie fiel mit der Feier des Hundertjahrestages der Nation zusammen, weshalb dort die sogenannte "Hundertjahresausstellung" präsentiert wurde. Sie fand im Sommer 1876 in Philadelphia statt. Dort demonstrierte Gray eine "Oktuplex-Verbindung" (das bedeutet, dass acht Nachrichten gleichzeitig übertragen wurden) über eine speziell vorbereitete Telegraphenleitung von New York. Diese Errungenschaft erhielt hohe Anerkennung bei den Juroren der Ausstellung, wurde jedoch bald von einem noch größeren Wunder überschattet.
Edison
, Präsident von Western Union, erfuhr ziemlich schnell von Grays Fortschritten, was ihn stark beunruhigte. Im besten Fall würde Grays Erfolg zu einer sehr kostspieligen Lizenzierung des Patents führen. Im schlimmsten Fall würde Grays Patent die Grundlage für die Gründung eines konkurrierenden Unternehmens bilden, das die Vorherrschaft von Western Union gefährden könnte.
Im Juli 1875 zog Orton einen Trumpf aus dem Ärmel, nämlich Thomas Edison. Edison wuchs mit der Telegraphie auf, arbeitete einige Jahre als Telegraphist und wurde dann Erfinder. Sein größter Triumph zu dieser Zeit war die von Western Union im Jahr zuvor finanzierte Quadruplex-Verbindung. Nun hoffte Orton, dass Edison seine Erfindung verbessern und das übertreffen würde, was Gray gelungen war. Er gab Edison eine Beschreibung des Reis-Telefons; zudem studierte Edison die kürzlich ins Englische übersetzte Arbeit von Helmholtz.
Edison war in bester Form, und innovative Ideen sprudelten aus ihm heraus wie Funken vom Ambos. Im darauffolgenden Jahr präsentierte er zwei verschiedene Ansätze für den akustischen Telegraphen – der erste ähnelte Grays Telegraph und verwendete Stimmgabeln oder vibrierende Zungen, um die benötigte Frequenz zu erzeugen oder wahrzunehmen. Edison gelang es jedoch nicht, ein solches Gerät auf einem akzeptablen Niveau zum Laufen zu bringen.
Der zweite Ansatz, den er als „akustischen Übertrager“ bezeichnete, war völlig anders. Anstatt vibrierende Zungen zur Übertragung verschiedener Frequenzen zu verwenden, setzte er sie ein, um Impulse mit unterschiedlichen Intervallen zu übertragen. Er teilte die Verwendung der Drähte zwischen den Sendern zeitlich anstelle von frequenzbasiert. Dies erforderte eine perfekte Synchronisation der Vibrationen in jedem Sender-Empfänger-Paar, damit sich die Signale nicht überlagerten. Bis August 1876 hatte er auf diesem Prinzip ein Quadruplex entwickelt, obwohl das Signal über eine Distanz von mehr als 100 Meilen unbrauchbar wurde. Er hatte auch Ideen zur Verbesserung des Telefons von Reis, die er vorübergehend beiseitelegte.
Dann hörte Edison von der Sensation, die auf der Centennial Exhibition in Philadelphia durch einen Mann namens Bell ausgelöst wurde.
Bell
Er wurde in Edinburgh, Schottland, geboren und wuchs in London unter der aufmerksamen Anleitung seines Großvaters auf. Wie Gray und Edison zeigte er in seiner Jugend Interesse am Telegraphen, folgte dann jedoch den Fußstapfen seines Vaters und Großvaters und machte die menschliche Sprache zu seiner Hauptleidenschaft. Sein Großvater Alexander hatte sich einen Namen auf der Bühne gemacht und begann dann, Rhetorik zu lehren. Sein Vater, Alexander Melville, war ebenfalls Lehrer und entwickelte und veröffentlichte ein phonographisches System, das er "sichtliche Sprache" nannte. Der jüngere Alexander (Alec, wie er in der Familie genannt wurde) widmete sich der Lehre von gehörlosen Menschen in der Sprache.
Bis Ende der 1860er Jahre beschäftigte er sich mit Anatomie und Physiologie am University College London. Mit ihm studierte die Studentin Marie Eccelston, die er heiraten wollte. Doch dann brach er sowohl die Ausbildung als auch die Liebe ab. Zwei seiner Brüder starben an Tuberkulose, und Alecs Vater forderte, dass er mit der verbleibenden Familie in die Neue Welt emigrierte, um die Gesundheit seines einzigen Sohnes zu bewahren. Bell fügte sich, obwohl er sich dagegen wehrte und darüber empörte, und setzte 1870 die Segel.
Nach einer kurzen Aushilfe in Ontario fand Alexander, dank der Verbindungen seines Vaters, eine Stelle als Lehrer an einer Schule für Gehörlose in Boston. Dort begannen sich die Fäden seiner Zukunft zu verknüpfen.
Zuerst hatte er die Schülerin Mabel Hubbard, die im Alter von fünf Jahren durch Scharlach ihr Gehör verloren hatte. Bell gab auch nach seiner Ernennung zum Professor für Stimmbiologie und Redekunst an der Universität Boston Privatunterricht, und Mabel gehörte zu seinen ersten Schülerinnen. Während ihrer Ausbildung war sie etwas jünger als 16 Jahre, zehn Jahre jünger als Bell, und innerhalb weniger Monate verliebte er sich in dieses Mädchen. Wir werden später auf ihre Geschichte zurückkommen.
Im Jahr 1872 erneuerte Bell sein Interesse an der Telegraphie. Einige Jahre zuvor hatte er in London von den Experimenten von Helmholtz erfahren. Doch Bell missverstand Helmholtz' Errungenschaft, da er annahm, dieser hätte nicht nur komplexe Klänge erzeugt, sondern sie auch elektrisch übertragen. So wurde Bell von dem harmonischen Telegraphen fasziniert – einer parallelen Nutzung von Drähten, über die mehrere Signale auf verschiedenen Frequenzen gesendet werden konnten. Möglicherweise inspiriert von den Nachrichten, dass Western Union die Idee des Duplex-Telegrafen von Joseph Stearns, einem Landsmann aus Boston, übernommen hatte, überdachte Bell seine Ideen und begann, wie Edison und Gray, an deren Umsetzung zu arbeiten.
Eines Tages, als er Mabel besuchte, berührte er den zweiten Faden seines Schicksals – am Klavier stehend, zeigte er ihrer Familie einen Trick, den er in seiner Jugend gelernt hatte. Wenn man einen reinen Ton in das Klavier singt, beginnt die entsprechende Saite zu klingen und antwortet einem. Er erklärte Mabels Vater, dass ein eingestelltes Telegraphensignal denselben Effekt erzielen kann, und erläuterte, wie dies in der Multiplex-Telegraphie verwendet werden kann. Und Bell fand keinen besseren Zuhörer für seine Geschichte: Er resonierte mit Freude und verstand sofort die Hauptidee: „Die Luft ist für alle gleich, und nur ein Draht ist nötig“, das heißt, die Wellenausbreitung des Stroms in einem Kabel kann in Miniaturform die Ausbreitung von Luftwellen nachahmen, die durch komplexe Klänge erzeugt werden. Bells Zuhörer war Gardiner Hubbard.
Telefon
Und jetzt wird die Geschichte sehr verworren, sodass ich befürchte, die Geduld der Leser auf die Probe zu stellen. Ich werde versuchen, die grundlegenden Trends nachzuvollziehen, ohne mich in Details zu verlieren.
Bell, unterstützt von Hubbard und dem Vater eines weiteren seiner Studenten, arbeitete eifrig an dem harmonischen Telegraphen und hielt seine Erfolge geheim. Seine leidenschaftliche Arbeit wechselte sich mit Ruhephasen ab, in denen ihn seine Gesundheit betrübte. Dabei versuchte er, seine Universitätsaufgaben zu erfüllen, das 'sichtbare Sprache'-System seines Vaters voranzubringen und als Nachhilfelehrer zu arbeiten. Er stellte einen neuen Assistenten ein, , einen erfahrenen Mechaniker aus der Bostoner Maschinenwerkstatt von Charles Williams – wo sich Menschen trafen, die sich für Elektrizität interessierten. Hubbard drängte Bell und scheute sich nicht, sogar die Hand seiner Tochter als Anreiz zu nutzen, indem er ihr verheiraten verweigerte, solange Bell seinen Telegraphen nicht verbesserte.
Im Sommer 1874, während eines Urlaubs in der Nähe des Familienhauses in Ontario, hatte Bell eine Eingebung. Mehrere Gedanken, die in seinem Unterbewusstsein existierten, verschmolzen zu einem – dem Telefon. Auf seine Gedanken hatte nicht zuletzt – das erste Geräuschaufnahmegerät der Welt, das Schallwellen auf verrußtem Glas zeichnete. Dies überzeugte Bell davon, dass jeder komplexe Klang auf Bewegungen eines Punkts im Raum reduziert werden kann, ähnlich wie die Bewegung von Strom durch einen Draht. Auf technische Details möchten wir nicht eingehen, da sie in Bezug auf tatsächlich gebaute Telefone irrelevant sind und ihre praktische Anwendung fraglich bleibt. Doch sie lenkten Bells Denken in eine neue Richtung.
Skizze des Konzepts der ursprünglichen Bell-Telefonversion mit "Harmonien" (wurde nicht gebaut)
Bell legte diese Idee vorübergehend beiseite, um, wie es von ihm erwartet wurde, das Ziel zu verfolgen, einen harmonischen Telegraphen zu entwickeln.
Doch die Routine der präzisen Anpassung seiner Werkzeuge langweilten ihn bald, und sein von zahlreichen praktischen Hindernissen, die ihn von einem funktionsfähigen Prototypen zu einem praktischen System trennten, müdes Herz zog zunehmend zum Telefon. Die menschliche Stimme war seine erste Leidenschaft. Im Sommer 1875 entdeckte er, dass vibrierende Zungen nicht nur schnell einen Stromkreis wie ein Telegraphenschlüssel schließen und öffnen konnten, sondern auch einen kontinuierlichen Wellenstrom erzeugen konnten, während sie sich in einem Magnetfeld bewegten. Er teilte seine Telefonidee mit Watson, und zusammen bauten sie das erste Modell eines Telefons auf dieser Grundlage – eine vibrierende Membran im elektromagnetischen Feld erzeugte einen wellenförmigen Strom im Magnetkreis. Dieses Gerät war in der Lage, gewisse gedämpfte Geräusche der Stimme zu übertragen. Hubbard war von dem Gerät nicht beeindruckt und befahl Bell, sich wieder realen Aufgaben zu widmen.
Der rudimentäre Telefon-„Galgen“ von Bell aus dem Jahr 1875
Doch Bell überzeugte Hubbard und die anderen Partner davon, dass die Idee patentiert werden sollte, da sie in der Multiplex-Telegraphie genutzt werden könnte. Und wenn bereits ein Antrag auf ein Patent gestellt wird, kann niemand verbieten, die Möglichkeit der Verwendung des Geräts für Sprachkommunikation zu erwähnen. Im Januar fügte Bell dem Patentantrag einen neuen Mechanismus zur Erzeugung von Wellenstrom hinzu: variable Widerstände. Er wollte die vibrierende Membran, die den Klang aufnahm, mit einem platinbeschichteten Kontakt verbinden, der in eine Säurefüllung ab- und aufstieg, in der sich ein anderer, unbeweglicher Kontakt befand. Wenn der bewegliche Kontakt tiefer eintauchte, kontaktierte er eine größere Fläche mit der Säure, was den Widerstand des zwischen den Kontakten fließenden Stroms verringerte – und umgekehrt.
Bells Skizze des Konzepts eines Übertragungsgeräts mit flüssigem variablen Widerstand
Hubbard, wissend, dass Gray Bella auf den Fersen ist, beantragte am Morgen des 14. Februar ein Patent für Wechselstrom, ohne auf die endgültige Bestätigung von Bell zu warten. Am selben Tag kam mittags der Anwalt von Gray mit seinem Patent. Auch dieses beinhaltete einen Vorschlag zur Erzeugung von Wechselstrom durch flüssigen Widerstand. Zudem wurden die Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung sowohl für Telegraphen als auch für die Sprachübertragung erwähnt. Doch er kam mehrere Stunden zu spät, um Bells Patent zu verhindern. Wäre die Reihenfolge anders gewesen, wären vor der Erteilung des Patents lange Anhörungen über die Prioritäten erforderlich gewesen. Am 7. März wurde Bell schließlich das Patent mit der Nummer 174 465 für "Verbesserungen in der Telegraphie" erteilt, was den Grundstein für die zukünftige Dominanz von Bells System legte.
Doch in dieser dramatischen Geschichte gab es einen Hauch von Ironie. Am 14. Februar 1876 hatten weder Bell noch Gray ein funktionierendes Telefonmodell entwickelt. Niemand hatte es auch nur versucht, abgesehen von Bells kurzem Versuch im Jahr zuvor, der keine variable Widerstandsänderung beinhaltete. Daher sollten Patente nicht als Meilensteine in der Technologiegeschichte betrachtet werden. Dieser entscheidende Moment in der Entwicklung der Telefonie als Geschäft wurde quasi nicht mit dem Telefon als Gerät verknüpft.
Nur nach der Einreichung des Patents hatten Bell und Watson die Möglichkeit, sich wieder dem Telefon zu widmen, trotz der ständigen Forderungen von Hubbard, die Arbeit am Multiplex-Telegraphen fortzusetzen. Bell und Watson versuchten mehrere Monate lang, die Idee eines flüssigen variablen Widerstands zum Laufen zu bringen, und das auf diesem Prinzip basierende Telefon wurde verwendet, um den berühmten Satz zu übermitteln: „Mr. Watson, kommen Sie hierher, ich möchte Sie sehen.“
Die Erfinder hatten jedoch ständig Schwierigkeiten mit der Zuverlässigkeit dieser Übertragungsgeräte. Daher begannen Bell und Watson, an neuen Übertragungsanlagen zu arbeiten, die auf dem Prinzip des Magnetos basierten, mit dem sie im Sommer 1875 experimentierten – indem sie die Bewegung einer Membran in einem Magnetfeld zur direkten Erzeugung eines Stroms nutzten. Die Vorteile waren die Einfachheit und Zuverlässigkeit. Der Nachteil war, dass die geringe Leistung des Telefonsignals durch die Luftvibrationen, die durch die Stimme des Sprechers erzeugt wurden, bedingt war. Dies schränkte die effektiv nutzbare Reichweite des Magneto-Übertragungsgeräts ein. Bei einem Gerät mit variabler Widerstand konnte die Stimme den von der Batterie erzeugten Strom modulieren, der beliebig stark gemacht werden konnte.
Die neuen Magneto-Geräte funktionierten viel besser als die des vergangenen Sommers, und Gardiner war überzeugt, dass es in der Idee des Telefons tatsächlich Potenzial gab. Unter anderem nahm er an dem Komitee für Bildung und Wissenschaftsausstellungen in Massachusetts teil, das sich auf die bevorstehende Centennial-Ausstellung vorbereitete. Er nutzte seinen Einfluss, um Bell einen Platz auf der Ausstellung und beim Wettbewerb zu sichern, bei dem die Richter elektrische Erfindungen bewerteten.
Der Bell/Wattson-Magneto-Sender. Die vibrierende Metallmembran D bewegt sich im Magnetfeld des Magneten H und erzeugt einen Strom im Schaltkreis.
Empfänger
Die Richter kamen zu Bell, direkt nachdem sie den harmonischen Telegraphen von Gray studiert hatten. Er ließ sie beim Empfänger zurück und ging zu einem der Sender, die hundert Meter weiter im Korridor platziert waren. Bells Gesprächspartner waren erstaunt, seine Stimme und die Worte aus der kleinen Metallkiste zu hören. Einer der Richter war Bells Landsmann, ein Schotte. (der später den Titel Lord Kelvin erhielt). Er rannte aufgeregt zum anderen Ende des Raumes zu Bell, um ihm mitzuteilen, dass er seine Worte gehört hatte, und erklärte später das Telefon zur "erstaunlichsten Sache, die er in Amerika gesehen hatte." Auch der Kaiser von Brasilien war anwesend, der zuerst die Kiste ans Ohr hielt und dann mit Geschrei vom Stuhl sprang: "Ich höre, ich höre!"
Die Aufmerksamkeit, die Bell auf der Ausstellung erregte, motivierte Edison dazu, sich mit seinen früheren Ideen zur Telefonübertragung auseinanderzusetzen. Er erkannte sofort den großen Nachteil von Bells Gerät – den schwachen Magneto-Transmitter. Aus seinen Experimenten mit dem Quadrupel wusste er, dass der Widerstand von Kohlenstaub sich mit dem Druck veränderte. Nach zahlreichen Experimenten mit verschiedenen Konfigurationen entwickelte er einen Widerstandstransmitter, der nach diesem Prinzip arbeitete. Anstelle eines in Flüssigkeit bewegten Kontakts verringerte der Druck der Stimme des Sprechers auf die Kohlen-Taste den Widerstand und somit die Stromstärke im Kreis. Dies war viel zuverlässiger und einfacher umzusetzen als die von Bell und Gray konzipierten Flüssigkeitstransmitter und stellte einen entscheidenden Beitrag zum langfristigen Erfolg des Telefons dar.
Doch Bell war der erste, der ein Telefon entwickelte, trotz der offensichtlichen Vorteile an Erfahrung und Fähigkeiten, die seine Mitbewerber hatten. Er war nicht der erste, weil ihm eine Erleuchtung kam, die andere nicht erlangt hatten – auch sie hatten Ideen für ein Telefon, hielten es aber für unbedeutend gegenüber dem verbesserten Telegraphen. Bell war der erste, weil er der menschlichen Stimme mehr zusprach als dem Telegraphen; er war so sehr begeistert, dass er den Wünschen seiner Partner widerstand, bis er die Funktionsfähigkeit seines Telefons nachweisen konnte.
Was ist mit dem harmonischen Telegraphen, an dem Gray, Edison und Bell so viel Mühe und Gedanken investiert haben? Bisher hat es noch nicht geklappt. Es war äußerst schwierig, die mechanischen Vibratoren an beiden Enden des Drahtes perfekt abgestimmt zu halten, und niemand wusste, wie man das kombinierte Signal verstärken konnte, damit es über große Entfernungen funktioniert. Erst gegen Mitte des 20. Jahrhunderts, als elektrische Technologien, die mit Radio begannen, eine präzise Frequenzeinstellung und rauschfreie Verstärkung ermöglichten, wurde die Idee, viele Signale über einen einzigen Draht zu übertragen, zur Realität.
Abschied von Bell
Trotz des Erfolgs des Telefons auf der Ausstellung war Hubbard nicht daran interessiert, ein Telefonsystem aufzubauen. Im folgenden Winter bot er William Orton, dem Präsidenten von Western Union, an, sämtliche Rechte am Telefon gemäß Bell's Patent für 100.000 $ zu erwerben. Orton lehnte ab, beeinflusst von einer Kombination aus Abneigung gegen Hubbard und seinen Plänen mit dem Posttelegramm, seinem Glauben an die eigenen Fähigkeiten sowie Edisons Arbeiten am Telefon und der Überzeugung, dass das Telefon im Vergleich zum Telegraphen wenig bedeutete. Weitere Versuche, die Telefonidee zu verkaufen, blieben erfolglos, hauptsächlich aufgrund von Ängsten vor den enormen Kosten für Streitigkeiten über Patentrechte im Falle einer Kommerzialisierung. Daher gründeten Bell und seine Partner im Juli 1877 die Bell Telephone Company, um den Telefonservice selbst zu organisieren. Noch im selben Monat heiratete Bell schließlich Mabel Gardiner im Haus ihrer Familie, nachdem er genug Erfolg hatte, um den Segen ihres Vaters zu gewinnen.
Alec lebte mit seiner Frau Mabel und zwei überlebenden Kindern – zwei seiner Söhne starben im Säuglingsalter (ca. 1885).
Im folgenden Jahr änderte Orton seine Einstellung zum Telefon und gründete sein Unternehmen, die American Speaking Telephone Company, in der Hoffnung, dass die Patente von Edison, Gray und anderen das Unternehmen vor rechtlichen Angriffen von Bell schützen würden. Sie wurden zu einer ernsthaften Bedrohung für Bells Interessen. Western Union hatte zwei entscheidende Vorteile. Erstens, erhebliche finanzielle Mittel. Bells Unternehmen benötigte Kapital, da es seinen Kunden die Ausrüstung vermietete, was bedeutete, dass die Amortisation Monate in Anspruch nahm. Zweitens, Zugang zu Edisons verbesserter Übertragungstechnik. Jeder, der seinen Sender mit dem Gerät von Bell verglich, konnte die überlegene Klarheit und Lautstärke der Stimme des ersten nicht übersehen. Bell blieb nichts anderes übrig, als Klage gegen den Konkurrenten wegen Patentverletzung einzureichen.
Hätte Western Union eindeutige Rechte an dem einzig verfügbaren hochwertigen Sender gehabt, hätte sie ein mächtiges Druckmittel für eine Einigung gehabt. Aber Bells Team entdeckte ein früheres Patent für ein ähnliches Gerät, das ein deutscher Einwanderer, , und er erwarb es. Erst nach vielen Jahren juristischer Auseinandersetzungen wurde Edisons Patentpriorität anerkannt. Als sich herausstellte, dass die Streitigkeiten zu keinem Erfolg führten, stimmte Western Union im November 1879 zu, alle Patentrechte an dem Telefon, der Ausstattung und der bestehenden Kundendatenbank (55.000 Personen) an die Bell Company abzutreten. Im Gegenzug verlangten sie lediglich 20 % der Einnahmen aus der Vermietung von Telefonen für die nächsten 17 Jahre und dass Bell sich nicht in das Telegrammgeschäft einmischt.
Die Bell Company ersetzte schnell die Geräte von Bell durch verbesserte Modelle, die zunächst auf dem Patent von Berliner und später auf den Patenten, die von Western Union erworben wurden, basierten. Zum Zeitpunkt des Abschlusses der Rechtsstreitigkeiten war Bells Hauptbeschäftigung, als Zeuge in Patentstreitigkeiten auszusagen, von denen es zahlreiche gab. Bis 1881 zog er sich vollständig aus dem Geschäft zurück. Im Gegensatz zu Edison, der kein Systementwickler war, war auch Morse nicht der Schöpfer dieser Systeme. Theodore Vail, ein dynamischer Geschäftsführer, den Gardiner von der Post übernommen hatte, übernahm das Unternehmen und führte es zu einer dominierenden Stellung im Land.
Ursprünglich wuchs das Telefonnetz ganz anders als das Telegraphennetz. Letzteres entwickelte sich sprunghaft von einem Handelszentrum zum nächsten, überwindend jeweils bis zu 150 km, indem es Standorte mit der höchsten Konzentration wertvoller Kunden ausmachte. Erst dann wurde das Netzwerk durch Verbindungen mit kleineren, lokalen Märkten ergänzt. Telefonnetze wuchsen wie Kristalle aus kleinen Wachstumsstellen, aus einzelnen Kunden, die in unabhängigen Ansammlungen in jeder Stadt und deren Umgebung lagen, und vereinigten sich langsam, über Jahrzehnte hinweg, zu regionalen und nationalen Strukturen.
Zwei Hindernisse standen der großflächigen Telefonie entgegen. Erstens gab es das Problem der Distanz. Selbst mit verstärkten Übertragungsgeräten, die auf der Idee von Edison basierten, war die Reichweite des Telegraphen und des Telefons ungleich. Das komplexere Signal des Telefons war anfälliger für Störungen, und die elektrischen Eigenschaften schwankender Ströme waren weniger gut bekannt als die Eigenschaften des Gleichstroms, der im Telegraphie verwendet wurde.
Zweitens gab es ein Kommunikationsproblem. Bells Telefon war ein Eins-zu-eins-Kommunikationsgerät, das zwei Punkte über eine Leitung verbinden konnte. Für den Telegraphen stellte dies kein Problem dar. Ein Büro konnte viele Kunden bedienen, und Nachrichten konnten leicht aus dem zentralen Büro über eine andere Leitung umgeleitet werden. Aber es gab keinen einfachen Weg, ein Telefonat zu übertragen. In der ersten Implementierung des Telefons konnten dritte und weitere Personen nur über das, was später als „parallel geschaltetes Telefon“ bezeichnet wurde, mit den beiden Gesprächen teilnehmen. Das heißt, wenn alle Apparate der Teilnehmer mit einer Leitung verbunden waren, konnte jeder mit den anderen sprechen (oder mithören).
Auf das Problem der Distanz werden wir später zurückkommen. In werden wir uns intensiver mit dem Verbindungsproblem und seinen Auswirkungen befassen, die die Entwicklung von Relais beeinflussten.
Was Sie lesen sollten
- 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)
Quelle: habr.com
