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Das Telefon ist zufällig entstanden. Wenn Dank jahrhundertelanger Forschung zu den Möglichkeiten der Nachrichtenübermittlung mithilfe von Elektrizität stießen Menschen auf der Suche nach einem verbesserten Telegraphen auf das Telefon. Es ist daher ziemlich einfach, ein plausibles, wenn auch nicht ganz sicheres Datum für die Erfindung des Telefons auf das Jahr des 1876. Jahrestages der Gründung der Vereinigten Staaten, XNUMX, zu legen.
Und man kann nicht sagen, dass das Telefon keine Vorgänger hatte. Seit 1830 suchen Wissenschaftler nach Möglichkeiten, Schall in Elektrizität und Elektrizität in Schall umzuwandeln.
elektrischer Klang
In 1837 Jahr , 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 senkte 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 senkte, gab der Magnet einen Ton von sich, der aus einer Entfernung von einem Meter hörbar war. Page nannte es galvanische Musik und meinte, es handele sich dabei um die „molekulare Unordnung“, die im Magneten vor sich gehe. Page startete eine Forschungswelle zu zwei Aspekten dieser Entdeckung: der seltsamen Eigenschaft metallischer Materialien, ihre Form zu ändern, wenn sie magnetisiert werden, und der offensichtlicheren Schallerzeugung durch Elektrizität.
Zwei Studien interessieren uns besonders. Die erste wurde von Johann Philipp Reis geleitet. Reis unterrichtete Schulkinder am Garnier-Institut in der Nähe von Frankfurt in Mathematik und exakten Naturwissenschaften, beschäftigte sich in seiner Freizeit jedoch mit Elektroforschung. Zu diesem Zeitpunkt hatten mehrere Elektriker bereits neue Versionen galvanischer Musik geschaffen, aber Reis beherrschte als erster die Alchemie der wechselseitigen Übersetzung von Klang in Elektrizität und umgekehrt.
Reis erkannte, dass ein Diaphragma, das einem menschlichen Trommelfell ähnelt, einen Stromkreis schließen und öffnen kann, wenn es vibriert. Der erste Prototyp des 1860 gebauten „Telefons“ bestand aus einem aus Holz geschnitzten „Ohr“, über das eine Membran aus einer Schweinsblase gespannt war. Am unteren Teil der Membran war eine Platinelektrode angebracht, die bei Vibration den Stromkreis mit der Batterie öffnete und schloss. Der Empfänger war eine Drahtspule, die um eine Stricknadel gewickelt war, die an einer Geige befestigt war. Der Korpus der Geige verstärkte die Schwingungen des formverändernden Griffels, indem er abwechselnd magnetisiert und entmagnetisiert wurde.
Reis' neuestes Telefonmodell
Reis entwickelte viele Verbesserungen am frühen Prototyp und stellte zusammen mit anderen Experimentatoren fest, dass der übertragene Ton erkennbar blieb, wenn man etwas hineinsang oder summte. Die Wörter waren schwerer zu unterscheiden und wurden oft verzerrt und unverständlich. In vielen Berichten über erfolgreiche Sprachübertragungen wurden gebräuchliche Ausdrücke wie „Guten Morgen“ und „Wie geht es Ihnen“ verwendet, die leicht zu erraten waren. Das Hauptproblem blieb bestehen, dass der Sender von Reis nur den Stromkreis öffnete und schloss, nicht aber die Lautstärke des Tons regulierte. Dadurch konnte nur eine Frequenz mit fester Amplitude übertragen werden, die nicht alle Feinheiten der menschlichen Stimme nachahmen konnte.
Reis glaubte, dass seine Arbeit von der Wissenschaft anerkannt werden sollte, erreichte dies jedoch nie. Sein Gerät war eine beliebte Kuriosität unter der wissenschaftlichen Elite, und Kopien erschienen in den meisten Zentren dieser Elite: in Paris, London, Washington. Doch seine wissenschaftliche Arbeit wurde von Professor Poggendorffs Annalen der Physik, einer der ältesten wissenschaftlichen Zeitschriften und der einflussreichsten Zeitschrift ihrer Zeit, abgelehnt. Auch Reis‘ Versuche, das Telefon über Telegraphenfirmen zu bewerben, scheiterten. Er litt an Tuberkulose und seine sich verschlimmernde Krankheit hielt ihn von weiteren ernsthaften Forschungen ab. Infolgedessen kostete ihn die Krankheit im Jahr 1873 das Leben und seine Ambitionen. Und dies ist nicht das letzte Mal, dass diese Krankheit die Entwicklung der Telefongeschichte behindert.
Während Reis sein Telefon verbesserte, vollendete sein fruchtbares Studium der Hörphysiologie: „Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage für die Theorie der Musik“, erschienen 1862. Helmholtz, damals Professor an der Universität Heidelberg, war im XNUMX. Jahrhundert ein Gigant der Wissenschaft, der sich mit der Physiologie des Sehens, der Elektrodynamik, der Thermodynamik usw. befasste.
Das Werk von Helmholtz bezieht sich nur am Rande auf unsere Geschichte, aber es ist schade, es zu übersehen. In „The Teaching of Auditory Sensations“ tat Helmholtz für die Musik, was Newton für das Licht tat – er zeigte, wie eine scheinbar einzelne Empfindung in ihre Bestandteile zerlegt werden kann. Er bewies, dass Unterschiede in den Klangfarben von Violine bis Fagott nur auf Unterschiede in der relativen Stärke ihrer Obertöne zurückzuführen sind (Töne mit doppelter, dreifacher usw. Frequenz im Verhältnis zur Grundnote). Aber für unsere Geschichte ist das Interessanteste an seiner Arbeit das bemerkenswerte Werkzeug, das er zu Demonstrationszwecken entwickelt hat:
Helmholtz-Synthesizer-Variante
Helmholtz bestellte das erste Gerät bei einer Werkstatt in Köln. Einfach ausgedrückt handelte es sich um einen Synthesizer, der in der Lage war, Klänge zu erzeugen, die auf der Komposition einfacher Töne basierten. Seine erstaunlichste Fähigkeit war die unerklärliche Fähigkeit, Vokale wiederzugeben, die jeder normalerweise nur aus dem menschlichen Mund hört.
Der Synthesizer funktionierte durch den Schlag der Hauptstimmgabel, vibrierte auf der Grundnote, schloss und öffnete den Stromkreis und tauchte den Platindraht in einen Behälter mit Quecksilber. Acht magnetisierte Stimmgabeln, von denen jede mit ihrem eigenen Oberton vibrierte, lagen zwischen den Enden eines mit dem Stromkreis verbundenen Elektromagneten. Jedes Schließen des Stromkreises schaltete die Elektromagnete ein und hielt die Stimmgabeln in einem vibrierenden Zustand. Neben jeder Stimmgabel befand sich ein zylindrischer Resonator, der ihr Summen auf ein hörbares Niveau verstärken konnte. Im Normalzustand war der Deckel des Resonators geschlossen und dämpfte den Klang der Stimmgabel. Wenn Sie den Deckel zur Seite bewegen, können Sie diesen Oberton hören und so den Klang einer Pfeife, eines Klaviers oder eines Vokals „o“ „spielen“.
Dieses Gerät wird eine kleine Rolle bei der Entwicklung eines neuen Telefontyps spielen.
harmonischer Telegraph
Einer der Reize für Erfinder der zweiten Hälfte des 1870. Jahrhunderts war der Multitelegraph. Je mehr Telegrafensignale in einer Leitung untergebracht werden konnten, desto effizienter war das Telegrafennetz. In den frühen XNUMXer Jahren waren mehrere unterschiedliche Methoden bekannt, um die Duplex-Telegrafie zu organisieren (gleichzeitiges Senden von zwei Signalen in entgegengesetzte Richtungen). Kurz darauf verbesserte Thomas Edison sie, indem er einen Quadruplex schuf, der Duplex und Diplex kombinierte (wodurch zwei Signale gleichzeitig in die gleiche Richtung übertragen wurden), sodass der Draht viermal effizienter genutzt werden konnte.
Aber war es möglich, die Anzahl der Signale noch weiter zu erhöhen? Organisieren Sie eine Art Octoruplex oder noch mehr? Dass Schallwellen in elektrischen Strom umgewandelt werden konnten und umgekehrt, bot eine interessante Möglichkeit. Was wäre, wenn Sie Töne unterschiedlicher Tonhöhe verwenden, um einen akustischen, harmonischen oder, poetisch gesprochen, musikalischen Telegraphen zu erzeugen? Wenn physikalische Schwingungen unterschiedlicher Frequenz in elektrische Schwingungen umgewandelt und dann von der anderen Seite wieder in ihre ursprünglichen Frequenzen zerlegt werden können, wäre es möglich, viele Signale gleichzeitig zu senden, ohne dass es zu gegenseitigen Störungen kommt. Der Klang selbst wäre dann nur Mittel zum Zweck, ein Zwischenmedium, das Ströme so formt, dass mehrere Signale in einer Leitung existieren könnten. Der Einfachheit halber werde ich dieses Konzept als harmonischen Telegraphen bezeichnen, obwohl damals verschiedene Variationen der Begriffe verwendet wurden.
Es war keine Möglichkeit, gemultiplexte Signale zu erzeugen. In Frankreich [nach dem die Einheit der Symbolrate benannt ist – Baud / ca. Übers.] 1874 entwickelte er eine Maschine mit einem rotierenden Verteiler, der abwechselnd Signale von mehreren Telegraphensendern sammelte. Jetzt würden wir es Zeitmultiplex und nicht Frequenzmultiplex nennen. Dieser Ansatz hatte jedoch einen Nachteil: Er würde nicht zur Entwicklung der Telefonie führen.
Zu diesem Zeitpunkt wurde die amerikanische Telegrafie von Western Union dominiert, die in den 1850er Jahren gegründet worden war, um den nachteiligen Wettbewerb zwischen einigen wenigen großen Telegrafenunternehmen auszuschalten – vor der Einführung der Kartellgesetze konnte eine solche Erklärung leicht zur Rechtfertigung solcher Fusionen herangezogen werden. Einer der Charaktere in unserer Geschichte beschrieb es als „wahrscheinlich das größte Unternehmen, das es je gab“. Mit Tausenden Kilometern an Kabeln und enormen Ausgaben für den Aufbau und die Wartung von Netzwerken verfolgte Western Union die Entwicklungen in der Multiplex-Telegraphie mit großem Interesse.
Auch ein anderer Player wartete auf Durchbrüche im Telegraphengeschäft. , ein Anwalt und Geschäftsmann aus Boston, war einer der Hauptbefürworter dafür, den amerikanischen Telegraphen unter die Kontrolle der Bundesregierung zu bringen. Hubbard glaubte, Telegramme könnten genauso billig sein wie Briefe und war entschlossen, das seiner Meinung nach zynische und erpresserische Monopol von Western Union zu untergraben. Hubbards Gesetzentwurf sah nicht die vollständige Verstaatlichung bestehender Telegrafenunternehmen vor, wie es fast alle europäischen Mächte taten, sondern die Einrichtung eines staatlich geförderten Telegrafendienstes unter der Schirmherrschaft der Post. Aber das Ergebnis wäre höchstwahrscheinlich dasselbe und Western Union wäre pleite gegangen. Mitte der 1870er Jahre waren die Fortschritte bei der Gesetzgebung ins Stocken geraten, aber Hubbard war zuversichtlich, dass die Kontrolle über das entscheidende neue Telegraphenpatent ihm den Vorteil verschaffen würde, seinen Vorschlag durch den Kongress zu bringen.
Gardiner Green Hubbard
In den USA gibt es zwei einzigartige Faktoren: erstens die kontinentale Dimension von Western Union. Keine der europäischen Telegraphenorganisationen verfügte über solch ausgedehnte Leitungen und daher gab es keinen Grund, Multiplex-Telegraphie zu entwickeln. Zweitens die offene Frage der staatlichen Kontrolle über den Telegraphen. Die letzte europäische Hochburg war Großbritannien, das 1870 den Telegraphen verstaatlichte. Danach gab es außer den Vereinigten Staaten keine Orte mehr, an denen die verlockende Aussicht auf einen technologischen Durchbruch und die Untergrabung des Monopols drohte. Vielleicht aus diesem Grund wurde ein Großteil der Arbeit am harmonischen Telegraphen in den USA durchgeführt.
Grundsätzlich gab es drei Anwärter auf den Preis. Zwei von ihnen waren bereits ehrwürdige Erfinder - и . Der dritte war ein Rhetorikprofessor und Gehörlosenlehrer namens Bell.
Grau
Elisha Gray wuchs auf einer Farm in Ohio auf. Wie viele seiner Zeitgenossen beschäftigte er sich als Teenager mit dem Telegrafieren, doch im Alter von 12 Jahren, als sein Vater starb, begann er nach einer Beschäftigung zu suchen, die ihn versorgen konnte. Eine Zeit lang war er Schmiedelehrling, dann Schiffszimmermann, und mit 22 Jahren erfuhr er, dass er eine Ausbildung am Oberlin College erhalten konnte, ohne mit der Tischlerei aufhören zu müssen. Nach fünf Jahren Studium stürzte er sich in eine Karriere als Erfinder auf dem Gebiet der Telegrafie. Sein erstes Patent war ein selbsteinstellendes Relais, das durch die Verwendung eines zweiten Elektromagneten anstelle einer Ankerrückholfeder die Notwendigkeit eliminierte, die Empfindlichkeit des Relais basierend auf dem Strom im Stromkreis anzupassen.
Elisha Gray, ca. 1878
Bereits 1870 war er Teilhaber einer Elektrogerätefirma und arbeitete dort als Chefingenieur. 1872 verlegten er und ein Partner das Unternehmen nach Chicago und benannten es in Western Electric Manufacturing Company um. Western Electric wurde bald zum Hauptlieferanten von Telegrafenausrüstung für Western Union. Damit wird es spürbare Spuren in der Geschichte der Telefonie hinterlassen.
Anfang 1874 hörte Gray ein seltsames Geräusch aus seinem Badezimmer. Es klang wie das Heulen eines vibrierenden Rheotoms, nur viel lauter. Das Rheotom (wörtlich „Strömungsunterbrecher“) war ein bekanntes elektrisches Gerät, das mithilfe einer Metalllasche einen Stromkreis schnell öffnet und schließt. Als Gray ins Badezimmer blickte, sah er, wie sein Sohn in einer Hand eine mit einem Rheotom verbundene Induktionsspule hielt und mit der anderen Hand die Zinkbeschichtung der Badewanne rieb, die mit der gleichen Frequenz summte. Gray, fasziniert von der Gelegenheit, zog sich von seinem täglichen Job bei Western Electric zurück, um sich wieder dem Erfinden zu widmen. Bis zum Sommer hatte er einen Musiktelegraphen mit voller Oktave entwickelt, mit dem es möglich war, durch Drücken der Tasten der Tastatur Töne auf einer Membran aus einem Metallbecken abzuspielen.
Sender
Empfänger
Der Musiktelegraph war eine Neuheit ohne erkennbaren kommerziellen Wert. Aber Gray erkannte, dass die Fähigkeit, Klänge unterschiedlicher Tonalität über ein einziges Kabel zu übertragen, ihm zwei Möglichkeiten eröffnete. Mit einem Sender anderer Bauart, der Geräusche aus der Luft auffangen konnte, war es möglich, einen Sprachtelegrafen zu bauen. Mit einem anderen Empfänger, der das kombinierte Signal in seine Komponenten aufspalten konnte, war es möglich, einen harmonischen Telegraphen zu bauen – also einen schallbasierten Multiplex-Telegraphen. Er entschied sich, sich auf die zweite Option zu konzentrieren, da die Telegraphenindustrie offensichtliche Anforderungen hatte. Er wurde in seiner Wahl bestätigt, als er von Reis' Telefon erfuhr, das ein einfaches philosophisches Spielzeug zu sein schien.
Gray baute den harmonischen Telegraphenempfänger aus einer Reihe von Elektromagneten, die mit Metallstreifen verbunden waren. Jeder Balken war auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt und ertönte, wenn die entsprechende Taste am Sender gedrückt wurde. Der Sender funktionierte nach dem gleichen Prinzip wie der Musiktelegraph.
Gray verbesserte seinen Apparat in den nächsten zwei Jahren und nahm ihn mit zur Ausstellung. Der offizielle Titel der Veranstaltung lautete". Es war die erste Weltausstellung, die in den Vereinigten Staaten stattfand, und fiel mit den Feierlichkeiten zum 1876. Geburtstag des Landes zusammen, in deren Zusammenhang die sogenannte. Hundertjahrfeier. Es fand im Sommer XNUMX in Philadelphia statt. Dort demonstrierte Gray eine „Octruplex“-Verbindung (also die Übertragung von acht Nachrichten gleichzeitig) auf einer speziell präparierten Telegrafenleitung von New York aus. Diese Leistung wurde von der Jury der Ausstellung hoch gelobt, doch bald wurde sie von einem noch größeren Wunder überschattet.
Edison
, der Präsident von Western Union, erfuhr ziemlich schnell von Grays Fortschritten, was ihn sehr nervös machte. Im besten Fall wird sich die Situation mit Grays Erfolg in eine sehr teure Patentlizenzierung verwandeln. Im schlimmsten Fall wird Grays Patent zur Grundlage für die Gründung eines Konkurrenzunternehmens, das die Dominanz von Western Union erschüttert.
Also zog Orton im Juli 1875 ein Ass aus dem Ärmel, nämlich Thomas Edison. Edison wuchs in der Nähe der Telegrafie auf, arbeitete mehrere Jahre als Telegrafist und wurde dann Erfinder. Sein damals größter Erfolg war eine Quadruplex-Verbindung, die ein Jahr zuvor von Western Union finanziert wurde. Nun hoffte Orton, dass er seine Erfindung verbessern und das übertreffen würde, was Gray geschafft hatte. Er lieferte Edison eine Beschreibung von Reis‘ Telefon; Edison studierte auch das Werk von Helmholtz, das kürzlich ins Englische übersetzt wurde.
Edison war auf dem Höhepunkt seiner Karriere und innovative Ideen strömten aus ihm heraus wie Funken aus einem Amboss. Im folgenden Jahr zeigte er zwei unterschiedliche Ansätze für den akustischen Telegraphen – der erste ähnelte Grays Telegraphen und nutzte Stimmgabeln oder vibrierende Stimmzungen, um die gewünschte Frequenz zu erzeugen oder wahrzunehmen. Edison gelang es nicht, einen solchen Apparat auf einem akzeptablen Niveau zum Laufen zu bringen.
Der zweite Ansatz, den er „akustischen Sender“ nannte, war völlig anders. Anstatt vibrierende Stimmzungen zur Übertragung unterschiedlicher Frequenzen zu verwenden, nutzte er diese zur Übertragung von Impulsen in unterschiedlichen Intervallen. Er teilte die Verwendung von Kabeln zwischen Sendern nach Zeit und nicht nach Frequenz auf. Dies erforderte eine perfekte Schwingungssynchronisation in jedem Empfänger-Sender-Paar, damit sich die Signale nicht überlappten. Im August 1876 funktionierte ein Quadruplex nach diesem Prinzip, allerdings wurde das Signal bei einer Entfernung von mehr als 100 Meilen unbrauchbar. Er hatte auch Ideen zur Verbesserung von Reis' Telefon, die er jedoch vorübergehend beiseite legte.
Und dann hörte Edison von der Sensation, die ein Mann namens Bell auf der Centennial Exposition in Philadelphia hervorgerufen hatte.
Bell
wurde in Edinburgh, Schottland, geboren und wuchs in London unter der strengen Anleitung seines Großvaters auf. Wie Gray und Edison entwickelte er als Jugendlicher ein Interesse am Telegraphen, trat dann aber in die Fußstapfen seines Vaters und Großvaters und wählte die menschliche Sprache zu seiner Hauptleidenschaft. Sein Großvater Alexander machte sich auf der Bühne einen Namen und begann dann, Reden zu unterrichten. Sein Vater, Alexander Melville, war ebenfalls Lehrer und entwickelte und veröffentlichte sogar ein phonetisches System, das er „sichtbare Sprache“ nannte. Der jüngere Alexander (Alek, wie er in der Familie genannt wurde) beschloss, Gehörlosen das Sprechen beizubringen, als seinen Beruf.
Ende der 1860er Jahre studierte er Anatomie und Physiologie am University College London. Eine Studentin, Marie Eccleston, die er heiraten wollte, studierte bei ihm. Doch dann gab er sowohl das Lernen als auch die Liebe auf. Zwei seiner Brüder starben an Tuberkulose und Alecs Vater verlangte, dass er und der Rest seiner Familie in die Neue Welt auswanderten, um die Gesundheit seines einzigen Sohnes zu bewahren. Bell gehorchte, obwohl er zögerte und sich darüber ärgerte, und stach 1870 in See.
Nach einem kleinen Raubzug in Ontario fand Alexander, nicht ohne die Verbindungen seines Vaters, eine Anstellung als Lehrer an einer Schule für Gehörlose in Boston. Dort begannen die Fäden für seine Zukunft zu weben.
Erstens hatte er eine Schülerin, Mabel Hubbard, die im Alter von fünf Jahren aufgrund von Scharlach ihr Gehör verlor. Bell gab Privatunterricht, auch nachdem er Professor für Stimmphysiologie und Redekunst an der Boston University geworden war, und Mabel gehörte zu seinen ersten Schülern. Sie war zum Zeitpunkt der Ausbildung knapp 16 Jahre alt, zehn Jahre jünger als Bella, 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 Telegrafie. Einige Jahre zuvor, noch in London, hatte Bell von Helmholtz‘ Experimenten erfahren. Aber Bell missverstand die Leistung von Helmholtz und glaubte, dass er mithilfe von Elektrizität nicht nur komplexe Klänge erzeugte, sondern diese auch übertrug. So interessierte sich Bell für die harmonische Telegraphie – die gemeinsame Nutzung einer Leitung durch mehrere Signale, die auf mehreren Frequenzen übertragen werden. Vielleicht inspiriert durch die Nachricht, dass Western Union die Idee eines Duplex-Telegraphen von Joseph Stearns, seinem Landsmann aus Boston, übernommen hatte, überarbeitete Bell seine Ideen und begann, wie Edison und Gray, zu versuchen, sie umzusetzen.
Als er einmal Mabel besuchte, berührte er den zweiten Faden seines Schicksals – neben dem Klavier stehend zeigte er ihrer Familie einen Trick, den er in seiner Jugend gelernt hatte. Wenn Sie auf dem Klavier eine klare Note singen, erklingt die entsprechende Saite und spielt sie Ihnen vor. Er erzählte Mabels Vater, dass ein abgestimmtes Telegrafensignal den gleichen Effekt erzielen könne, und erklärte, wie dies in der Multiplex-Telegrafie genutzt werden könne. Und Bell hätte keinen Zuhörer gefunden, der besser auf seine Geschichte eingestellt war: Er war voller Freude und verstand sofort die Grundidee: „Es gibt eine Luft für alle, und es wird nur ein Draht benötigt“, also die Wellenausbreitung des Stroms in Ein Draht kann die Ausbreitung in Miniatur-Luftwellen nachahmen, die durch einen komplexen Schall erzeugt werden. Bells Zuhörer war Gardiner Hubbard.
Telefon
Und jetzt wird die Geschichte sehr verwirrend, sodass ich Angst habe, die Geduld der Leser auf die Probe zu stellen. Ich werde versuchen, die wichtigsten Trends aufzuspüren, ohne mich in Details zu verlieren.
Bell arbeitete, unterstützt von Hubbard und Vater eines anderen seiner Schüler, fleißig am harmonischen Telegraphen, ohne seine Fortschritte öffentlich zu machen. Er wechselte heftige Arbeit mit Ruhephasen ab, wenn seine Gesundheit nachließ, während er versuchte, seinen Universitätspflichten nachzukommen, das System der „sichtbaren Sprache“ seines Vaters zu fördern und als Tutor zu arbeiten. Er stellte einen neuen Assistenten ein , ein erfahrener Mechaniker aus der Bostoner mechanischen Werkstatt von Charles Williams – dort versammelten sich Menschen, die sich für Elektrizität interessierten. Hubbard drängte Bell und zögerte nicht einmal, die Hand seiner Tochter als Anreiz zu nutzen, und weigerte sich, sie zu heiraten, bis Bell seinen Telegraphen verbesserte.
Im Sommer 1874 hatte Bell während eines Urlaubs in der Nähe des Familienhauses in Ontario eine Offenbarung. Mehrere Gedanken, die in seinem Unterbewusstsein existierten, verschmolzen zu einem – dem Telefon. Seine Gedanken wurden nicht zuletzt beeinflusst - das weltweit erste Tonaufzeichnungsgerät, das Schallwellen auf Rauchglas malte. Dies überzeugte Bell, dass sich Geräusche jeglicher Komplexität auf die Bewegungen eines Punktes im Raum reduzieren lassen, beispielsweise auf die Bewegung von Strom durch einen Draht. Auf die technischen Details gehen wir nicht näher ein, da sie sich nicht auf tatsächlich hergestellte Telefone beziehen und die Praktikabilität ihrer Anwendung zweifelhaft ist. Aber sie führten Bells Denken in eine neue Richtung.
Konzeptskizze für Bells ursprüngliches „Harmonics“-Telefon (nicht gebaut)
Bell legte diese Idee eine Zeit lang beiseite, um, wie von seinen Partnern erwartet, das Ziel zu verfolgen, einen harmonischen Telegraphen zu schaffen.
Aber die Routine der Feinabstimmung von Instrumenten langweilte ihn bald, und sein Herz, müde von den vielen praktischen Hindernissen, die dem Weg von einem funktionierenden Prototyp zu einem praktischen System im Wege standen, wandte sich immer mehr dem Telefon zu. Die menschliche Stimme war seine erste Leidenschaft. Im Sommer 1875 entdeckte er, dass vibrierende Stimmzungen nicht nur wie ein Telegrafenschlüssel schnell einen Stromkreis schließen und öffnen konnten, sondern auch einen kontinuierlichen wellenförmigen Strom erzeugen konnten, während sie sich in einem Magnetfeld bewegten. Er teilte Watson seine Idee für ein Telefon mit, und gemeinsam bauten sie das erste Modell eines Telefons nach diesem Prinzip: Eine im Feld eines Elektromagneten vibrierende Membran erregte einen wellenförmigen Strom im Magnetkreis. Dieses Gerät war in der Lage, einige gedämpfte Stimmgeräusche zu übertragen. Hubbard war von dem Gerät nicht beeindruckt und befahl Bell, sich wieder der eigentlichen Arbeit zu widmen.
Bells rudimentäres Galgentelefon im Sommer 1875
Dennoch überzeugte Bell Hubbard und die übrigen Partner davon, dass die Idee patentiert werden sollte, da sie in der Multiplex-Telegrafie eingesetzt werden könne. Und wenn Sie bereits ein Patent anmelden, wird Ihnen niemand verbieten, darin die Möglichkeit der Verwendung eines Geräts für die Sprachkommunikation zu erwähnen. Im Januar fügte Bell dem Patententwurf dann einen neuen Mechanismus zur Erzeugung von Wellenströmen hinzu: einen variablen Widerstand. Er wollte eine vibrierende Membran, die Schall empfing, mit einem Platinkontakt verbinden, der sich von einem Säurebehälter, der einen weiteren, festen Kontakt enthielt, hob und senkte. Je tiefer der bewegliche Kontakt sank, desto größer wurde die Kontaktfläche mit der Säure, was den Widerstand gegen den zwischen den Kontakten fließenden Strom verringerte – und umgekehrt.
Bells Skizze des Konzepts des Fluid-Variablen-Widerstandstransmitters
Hubbard, der wusste, dass Gray Bell auf den Fersen war, reichte am Morgen des 14. Februar beim Patentamt eine aktuelle Patentanmeldung ein, ohne auf die endgültige Bestätigung von Bell zu warten. Und am Nachmittag desselben Tages traf Grays Anwalt mit seinem Patent ein. Es enthielt auch einen Vorschlag, einen Wellenstrom mithilfe eines flüssigen variablen Widerstands zu erzeugen. Es wurde auch die Möglichkeit erwähnt, die Erfindung sowohl für die Telegrafen- als auch für die Sprachübertragung zu nutzen. Doch er kam mehrere Stunden zu spät, um Bells Patent zu behindern. Wäre die Reihenfolge des Eintreffens anders gewesen, hätte es vor der Patenterteilung lange Anhörungen über die Prioritäten gegeben. Infolgedessen wurde Bell am 7. März das Patent Nr. 174 „Improvements in Telegraphy“ erteilt, das den Grundstein für die zukünftige Dominanz des Bell-Systems legte.
Doch diese dramatische Geschichte war nicht ohne Ironie. Denn am 14. Februar 1876 bauten weder Bell noch Gray ein funktionierendes Modell des Telefons. Niemand hat es jemals versucht, außer Bells kurzem Versuch im letzten Juli, bei dem es keinen wechselnden Widerstand gab. Deshalb sollten Sie Patente nicht als Meilensteine der Technikgeschichte betrachten. Dieser kritische Moment in der Entwicklung der Telefonie als Wirtschaftsunternehmen hatte wenig mit dem Telefon als Gerät zu tun.
Erst mit der Übermittlung des Patents konnten Bell und Watson zum Telefon zurückkehren, trotz Hubbards ständiger Forderung, die Arbeit am Multiplex-Telegrafen fortzusetzen. Bell und Watson verbrachten Monate damit, die Idee des flüssigen variablen Widerstands zum Laufen zu bringen, und ein auf diesem Prinzip basierendes Telefon wurde verwendet, um den berühmten Satz zu übertragen: „Herr Watson, kommen Sie her, ich möchte Sie sehen.“
Doch die Erfinder hatten ständig Probleme mit der Zuverlässigkeit dieser Sender. Deshalb begannen Bell und Watson mit der Arbeit an neuen Sendern, die das Magnetprinzip nutzten, mit dem sie im Sommer 1875 experimentiert hatten. Dabei nutzten sie die Bewegung einer Membran in einem Magnetfeld, um direkt einen Strom anzuregen. Der Vorteil war Einfachheit und Zuverlässigkeit. Der Nachteil bestand darin, dass die geringe Leistung des Telefonsignals auf Luftvibrationen zurückzuführen war, die durch die Stimme des Sprechers erzeugt wurden. Dies begrenzte den effektiven Arbeitsabstand des Magnetsenders. Und mit einem Gerät mit variablem Widerstand modulierte die Stimme den von der Batterie erzeugten Strom, der beliebig stark gemacht werden konnte.
Die neuen Magnetzünder funktionierten viel besser als die vom letzten Sommer, und Gardiner kam zu dem Schluss, dass an der Idee eines Telefons vielleicht doch etwas dran sein könnte. Neben anderen Freizeitbeschäftigungen war er Mitglied des Massachusetts Education and Science Exhibition Committee bei der bevorstehenden Centenary Exposition. Er nutzte seinen Einfluss, um Bell einen Platz in einer Ausstellung und einem Wettbewerb zu verschaffen, bei dem die Jury elektrische Erfindungen beurteilte.
Magnetsender von Bell/Watson. Die schwingende Metallmembran D bewegt sich im Magnetfeld des Magneten H und induziert einen Strom im Stromkreis
Empfänger
Die Richter trafen sofort bei Bell ein, nachdem sie Grays harmonischen Telegraphen studiert hatten. Er ließ sie am Empfänger und ging zu einem der Sender, die sich hundert Meter weiter unten in der Galerie befanden. Bells Gesprächspartner waren erstaunt, seinen Gesang und seine Worte aus einer kleinen Metallbox zu hören. Einer der Richter war Bells Landsmann, ein Schotte (dem später der Titel Lord Kelvin verliehen wurde). Aufgeregt rannte er durch den Flur zu Bell, um ihm mitzuteilen, dass er seine Worte gehört hatte, und erklärte später, das Telefon sei „das Erstaunlichste, was er in Amerika gesehen habe“. Auch der Kaiser von Brasilien war anwesend, der zunächst die Schachtel an sein Ohr drückte, dann von seinem Stuhl aufsprang und rief: „Ich höre, ich höre!“
Die Begeisterung, die Bell auf der Ausstellung hervorrief, veranlasste Edison, seine früheren Ideen zur Telefonübertragung fortzusetzen. Er stürzte sich sofort auf den Hauptnachteil von Bells Gerät – einen schwachen Magnetsender. Aus seinen Experimenten mit dem Quadruplex wusste er, dass sich der Widerstand der Kohlespäne mit dem Druck änderte. Nach vielen Experimenten mit verschiedenen Konfigurationen entwickelte er einen Sender mit variablem Widerstand, der nach diesem Prinzip arbeitete. Anstelle der Druckwellen, die sich in der Kontaktflüssigkeit bewegten, drückte die Stimme des Sprechers den Kohleknopf, veränderte seinen Widerstand und damit die Stromstärke im Stromkreis. Es war weitaus zuverlässiger und einfacher zu implementieren als die von Bell und Gray konzipierten Flüssigkeitssender und trug entscheidend zum langfristigen Erfolg des Telefons bei.
Dennoch war Bell der Erste, der das Telefon herstellte, trotz der offensichtlichen Vorteile an Erfahrung und Fähigkeiten, die seine Konkurrenten hatten. Er war der Erste, nicht weil er von einer Einsicht heimgesucht wurde, die andere nicht erreichten – sie dachten auch an das Telefon, hielten es aber im Vergleich zum verbesserten Telegraphen für unbedeutend. Bell war der Erste, weil ihm die menschliche Stimme mehr gefiel als der Telegraf, so sehr, dass er sich den Wünschen seiner Partner widersetzte, bis er die Funktionsfähigkeit seines Telefons nachweisen konnte.
Und was ist mit dem harmonischen Telegraphen, für den Gray, Edison und Bell so viel Mühe und Gedanken aufgewendet haben? Bisher hat nichts funktioniert. Es erwies sich als sehr schwierig, die mechanischen Vibratoren an beiden Enden des Drahtes perfekt aufeinander abzustimmen, und niemand wusste, wie man das kombinierte Signal so verstärkt, dass es über große Entfernungen funktioniert. Erst Mitte des XNUMX. Jahrhunderts, nachdem die Elektrotechnik, die mit dem Radio begann, eine Feinabstimmung der Frequenzen und eine rauscharme Verstärkung ermöglichte, entstand die Idee, mehrere Signale zu überlagern und über ein einziges Kabel zu übertragen Wirklichkeit.
Abschied von Bell
Trotz des Erfolgs des Telefons auf der Messe war Hubbard nicht daran interessiert, ein Telefonsystem zu bauen. Im folgenden Winter bot er William Orton, dem Präsidenten von Western Union, an, für 100 US-Dollar alle Rechte an dem Telefon im Rahmen von Bells Patent zu erwerben. Orton lehnte ab, beeinflusst von einer Kombination aus Abneigung gegen Hubbard und seinen Posttelegrafenplänen, Selbstvertrauen und Edisons Arbeit am Telefon und auch die Überzeugung, dass das Telefon im Vergleich zum Telegraphen sehr wenig bedeutete. Andere Versuche, die Telefonidee zu verkaufen, scheiterten vor allem an der Angst vor den enormen Kosten, die ein Rechtsstreit über Patentrechte im Falle einer Kommerzialisierung mit sich bringen würde. Deshalb gründeten Bell und seine Partner im Juli 000 die Bell Telephone Company, um den Telefondienst selbst zu organisieren. Im selben Monat heiratete Bell schließlich Mabel Gardiner im Haus ihrer Familie und war so erfolgreich, dass sie den Segen ihres Vaters erhielt.
Alec mit Frau Mabel und zwei überlebenden Kindern – zwei seiner Söhne starben im Säuglingsalter (ca. 1885)
Im folgenden Jahr änderte Orton seine Meinung über das Telefon und gründete seine eigene Firma, die American Speaking Telephone Company, in der Hoffnung, dass die Patente von Edison, Gray und anderen das Unternehmen vor Bells rechtlichen Angriffen schützen würden. Sie wurde zu einer tödlichen Bedrohung für Bells Interessen. Western Union hatte zwei Hauptvorteile. Erstens große finanzielle Ressourcen. Bells Unternehmen brauchte Geld, weil es seinen Kunden Geräte vermietete, die sich erst nach vielen Monaten amortisierten. Zweitens Zugang zu einem verbesserten Edison-Sender. Wer seinen Sender mit Bells Gerät verglich, konnte nicht umhin, die bessere Klarheit und Lautstärke von Bells Stimme zu bemerken. Bells Unternehmen hatte keine andere Wahl, als einen Konkurrenten wegen Patentverletzung zu verklagen.
Wenn Western Union eindeutige Rechte an dem einzigen verfügbaren Sender mit hoher Qualität hätte, hätte es einen starken Einfluss, um eine Einigung zu erzielen. Doch Bells Team stieß auf ein früheres Patent eines deutschen Einwanderers für ein ähnliches Gerät. und kaufte es aus. Erst nach jahrelangen Rechtsstreitigkeiten wurde Edisons Patent Vorrang eingeräumt. Da das Verfahren keinen Erfolg hatte, stimmte Western Union im November 1879 zu, alle Patentrechte am Telefon, an der Ausrüstung und am bestehenden Abonnentenstamm (55 Personen) auf Bells Unternehmen zu übertragen. Im Gegenzug verlangten sie nur 000 % der Telefonpacht für die nächsten 20 Jahre und forderten außerdem, dass Bell nicht in das Telegrafengeschäft einsteigen dürfe.
Die Firma Bell ersetzte die Bell-Geräte schnell durch verbesserte Modelle, die zunächst auf dem Berliner Patent und dann auf Patenten von Western Union basierten. Als der Rechtsstreit beendet war, bestand Bells Hauptbeschäftigung darin, in Patentstreitigkeiten auszusagen, von denen es viele gab. 1881 war er vollständig im Ruhestand. Wie Morse und im Gegensatz zu Edison war er kein Systembauer. Theodore Vail, ein energischer Manager, der von Gardiner aus dem Postdienst abgeworben wurde, übernahm das Unternehmen und führte es zur nationalen Vorherrschaft.
Das Telefonnetz wuchs zunächst nicht im gleichen Maße wie das Telegrafennetz. Letzteres entwickelte sich, indem man von einem Handelszentrum zum anderen hüpfte, dabei jeweils 150 km zurücklegte, auf der Suche nach der höchsten Konzentration hochwertiger Kunden war und erst dann das Netzwerk durch Verbindungen zu kleineren lokalen Märkten ergänzte. Telefonnetze wuchsen wie Kristalle aus kleinen Wachstumspunkten, von mehreren Kunden in unabhängigen Clustern in jeder Stadt und Nachbarschaft, und verschmolzen über Jahrzehnte langsam zu regionalen und nationalen Strukturen.
Es gab zwei Hindernisse für die groß angelegte Telefonie. Erstens gab es das Problem der Entfernung. Selbst mit verstärkten Sendern mit variablem Widerstand, die auf der Grundlage von Edisons Idee entwickelt wurden, war die Reichweite von Telegraphen und Telefonen unvergleichlich. Das komplexere Telefonsignal war anfälliger für Rauschen und die elektrischen Eigenschaften schwankender Ströme waren weniger bekannt als die des im Telegraphen verwendeten Gleichstroms.
Zweitens gab es ein Kommunikationsproblem. Bells Telefon war ein Eins-zu-Eins-Kommunikationsgerät, es konnte zwei Punkte mit einem einzigen Kabel verbinden. Für den Telegraphen war das kein Problem. Ein Büro könnte viele Kunden bedienen und Nachrichten könnten problemlos von der Zentrale an eine andere Leitung weitergeleitet werden. Es gab jedoch keine einfache Möglichkeit, ein Telefongespräch zu übertragen. In der ersten Ausführungsform des Telefons konnten die dritte und die folgenden Personen nur über ein sogenanntes „gepaartes Telefon“ eine Verbindung zu den beiden miteinander sprechenden Personen herstellen. Das heißt, wenn die Geräte aller Teilnehmer an eine Leitung angeschlossen wären, könnte jeder von ihnen mit den anderen sprechen (oder abhören).
Wir werden zu gegebener Zeit auf das Problem der Entfernung zurückkommen. IN Wir werden uns mit dem Problem der Verbindungen und seinen Konsequenzen befassen, die sich auf die Entwicklung des Relais ausgewirkt haben.
Was zu lesen
- Robert V. Bruce, Bell: Alexander Graham Bell und die Eroberung der Einsamkeit (1973)
- David A. Hounshell, „Elisha Gray und das Telefon: Über die Nachteile des Seins als Experte“, Technology and Culture (1975).
- Paul Israel, Edison: Ein Leben voller Erfindungen (1998)
- George B. Prescott, Das sprechende Telefon, der sprechende Phonograph und andere Neuheiten (1878)
Source: habr.com