Rela ajalugu: rääkiv telegraf

Teised tsükli artiklid:

• Rela ajalugu
  • Kiire teabe edastamise meetod ehk relee tekkimine
  • Kaugréle
  • Galvanism
  • Ettevõtjad
  • Ja lõpuks, relee
  • Rääkiv telegraaf
  • Lihtsalt ühendamine
  • Unustatud rälitsid kompuutritest
  • Elektriaeg
• Elektriliste kompuutrite ajalugu
  • Proloog
  • Kolloss
  • ENIAC
  • Elektriline revolutsioon
• Transistori ajalugu
  • Käies pimeduses tunde järgi
  • Sõjakooretest
  • Korduv leiutamine
• Interneti ajalugu
  • Tugivõrk
  • Lagunemine, osa 1
  • Lagunemine, osa 2
  • Interaktiivsuse avamine
  • Interaktiivsuse laiendamine
  • ARPANET — algus
  • ARPANET — pakett
  • ARPANET — alamvõrk
  • Arvuti kui sidevahend
  • Interneti ajalugu: võrguühendus

Telefon tekkis juhuslikult. Kui telegraafivõrgud 1840. aastatel ilmusid tänu sajandi pikkusele uurimistööle sõnumite edastamise võimaluste osas elektri abil, siis telefonile sattusid inimesed, otsides täiustatud telegraafi. Seega on üsna lihtne määrata usutav, kuigi mitte täiesti vaieldamatu, telefonimille leiutamise kuupäev - Ameerika Ühendriikide asutamise sajand, 1876.

Ja ei saa öelda, et telefonil ei oleks eelkäijaid. Alates 1830. aastast on teadlased ja uurijad otsinud viise, kuidas muuta heli elektriks ja elektrit heliks.

Elektriline heli

Aastal 1837 Charles Page, doktor ja elektromaagilise eksperimendi tegija Massachusettsist, kohtas kummalist nähtust. Ta paigaldas isoleeritud spiraaljuhi alalise magneti otste vahele ning langetas seejärel juhi otste igaühe elavhõbedaga täidetud konteineritesse, mis olid ühendatud patareiga. Iga kord, kui ta sulges või avas ahelat, tõstes juhi otsa konteinerist välja või langetades sinna, emitteeris magnet heli, mida kuulis kaugelt ühe meetri kauguselt. Paige nimetas seda galvaaniliseks muusikaks ja spekuleeris, et kõik on seotud 'molekulaarse segadusega', mis magneetilises materjalis toimub. Paige käivitas uuringute laine, mis keskendus kahe aspekti uurimisele: metalliliste materjalide kummalistele omadustele kuju muutmisel magnetiseerimisel ja ilmsemale elektriga heli genereerimisele.

Meie huvi keskmes on kaks uuringut. Esimese viis läbi Johann Philipp Reis. Reis õpetas matemaatikat ja täppisteadusi Garnieri instituudis Frankfurtis, kuid vabajal tegeles ta elektriuuringutega. Sel ajal olid mõned elektrikud loonud uusi galvanilise muusika variante, kuid Reis oli esimene, kes omandas kahepoolse heli elektriks ja tagasi tõlkimise alkeemia.

Reis mõistis, et membraan, mis meenutab inimese trummi luid, võib vibratsiooni korral sulgeda ja avada elektriringi. Esimene telephoni prototüüp, ehitatud 1860. aastal, koosnes puust välja lõigatud 'kõrvast', millele oli venitatud membraan, valmistatud sea kusepõiest. Membraani alumisse ossa oli kinnitatud plaatinaelektrood, mis vibratsiooni korral avas ja sulges ringi koos aku. Vastuvõtjana kasutati traati, mis oli keritud kudumisvardale, kinnitatud viiulile. Viiuli korpus tugevdas vibratsiooni, kui kuju muutv nõel järjestikku magnetiseeriti ja demagnetiseeriti.

Reisi hilisem telefonimudel

Reys tegi varajase prototüübi jaoks palju täiustusi ja koos teiste katsetajatega märkis ta, et kui sellesse laulda või häälda midagi, jääb edastatud heli äratuntavaks. Sõnu oli raskem tuvastada ja need moonutati tihti, muutes arusaamatuks. Paljudes eduka häälekandmise aruannetes kasutati selliseid levinud fraase nagu "tere hommikust" ja "kuidas läheb", ning neid oli lihtne ära arvata. Peamine probleem oli see, et Reysi edastaja vaid avas ja sulges ringi, kuid ei reguleerinud helitugevust. Tulemuseks oli see, et edastada suudeti ainult fikseeritud amplituudiga sagedust, mis ei suutnud imiteerida kõiki inimhääle nüansse.

Reis arvas, et tema tööde tunnustamine peaks olema teadus, kuid ta ei saavutanud seda kunagi. Tema seade oli teaduseliidi seas populaarne uudistus ja koopiaid ilmus peaaegu igas sellises keskuses: Pariisis, Londonis, Washingtonis. Kuid tema teadustöö lükkas tagasi professor Poggendorffi ajakiri „Annalen der Physik” [„Анналы физики”] – üks vanimaid teadusajakirju ja selle aja kõige mõjukam ajakiri. Reis üritas ka reklaamida telefoni telegrapfikompaniide kaudu, kuid need katsetused läksid samuti luhta. Ta kannatas tuberkuloosi all, ja halvenev haigus takistas teda edasistest tõsistest uuringutest. Lõpuks viis haigus 1873. aastal tema elu ja ambitsioonid. See ei ole viimane kord, kui see haigus takistab telefoni ajaloo arengut.

Kui Reis oma telefoni täiustas, Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz tegi viimaseid puudutusi oma viljakale uurimistööle kuulmisfüsioloogiast: „Õpetus helilisest tajust kui füsioloogilisest alusest muusikateooriale“ [Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage für die Theorie der Musik], avaldatud 1862. aastal. Helmholtz, toona Heidelbergi ülikooli professor, oli 19. sajandi teaduse hiiglane, töötades nägemise füsioloogia, elektrodünaamika, termodünaamika jm alal.

Helmholzi töö puutub meie loosse vaid möödaminnes, kuid seda ei tasu kõrvale jätta. „Õpetuses helilisest tajust“ tegi Helmholtz muusikale selle, mida Newton tegi valgusele – näitas, kuidas näiliselt ühtne tunne on võimalik lahti võtta komponentideks. Ta tõestas, et erinevused timbreis, alates viiulist kuni fagoti, tulenevad ainult nende ületoonide (toone topelt-, kolmekordsel jne sagedusel võrreldes altonooga) suhtelisest tugevusest. Kuid meie loo jaoks on kõige huvitavam tema tööst märkimisväärne instrument, mille ta töötas välja demonstreerimiseks:

Helmholzi sünteesija variant

Esimese Helmholtzi seadme tellis Kölnis. Lihtsamalt öeldes oli see sünthesaator, mis suutis genereerida helisid põhiliste toonide kombinatsiooni põhjal. Selle kõige hämmastavamaks omaduseks oli seletamatu võime taastada vokaalseid helisid, mida kõik harjusid kuulma ainult inimsuust.

Sünthesaator töötas peamise kamertoni vibratsioonist, mis vibreeris põhitoonil, sulgedes ja avades ahelat, sukeldades plaatina traadi elavhõbedaga täidetud anuma sisse. Kaheksa magnetiseeritud kamertoni, millest igaüks vibratsiooni oma ületoniga, puhkavad elektromaagneedi otste vahel, mis on ühendatud ahelaga. Iga ahela sulgemine aktiivistas elektromagnete, hoides kamertone vibratsioonis. Iga kamertoni kõrval asus tsilindriline resonaatore, mis suutis suurendada tema surinat kuulmiseni. Tavalises olekus oli resonaatore kaanega suletud, summutades kamertoni heli. Kui kaas eemaldada, olid kuulda need ületooni ja nii oli võimalik „mängida“ toru, klaveri või vokaali „o“ heli.

Seade mängib väikest rolli uue telefoni tüübi loomisel.

Harmooniline telegraaf

Üks suurimaid tõukejõude 19. sajandi teise poole leiutajatele oli multilogramm. Mida rohkem telegraafisignaale õnnestus ühte juhtmesse mahutada, seda tõhusam oli telegraafivõrk. 1870. aastate alguseks oli teada mitmeid erinevaid meetodeid duplex-telegraafia korraldamiseks (kaks signaali saata samal ajal vastupidistes suundades). Varsti pärast seda parandas Thomas Edison neid, luues kvadruplexi, kombineerides duplexi ja diplexi (kahte signaali ühes suunas samaaegne edastamine), tänu millele sai juhet kasutada neli korda tõhusamalt.

Aga kas oli võimalik veelgi suurendada signaalide arvu? Korraldada mingisugune oktoruplex või veel rohkem? See, et helilained saaksid muutuda elektritooks ja tagasi, pakkus huvitava võimaluse. Mis siis, kui kasutada erineva kõrgusega toone akustilise, harmoonilise või, poeetiliselt väljendades, muusikalise telegraafina? Kui füüsilisi kõikumisi erinevatel sagedustel on võimalik muuta elektriks ja seejärel uuesti algsetele sagedustele lahutada, siis saaks saata samaaegselt palju signaale ilma omavaheliste häiretega. Ise heliks oleks siis vaid vahend eesmärgi saavutamiseks, vahepealne keskkond, mis vormib voolud, et mitmed signaalid saaksid eksisteerida ühes juhtmes. Lihtsuse huvides nimetan ma seda kontseptsiooni harmooniliseks telegraafiks, ehkki sel ajal kasutati erinevaid terminivorme.

See ei olnud ainus viis luua multiplexer signaale. Prantsusmaal Jean Maurice Émile Baudo [mille la speed unit is named after – baud / note by the translator] By 1874, he had created a machine with a rotating distributor that sequentially collected signals from several telegraph transmitters. Today, we would call this time-division multiplexing, rather than frequency-division. However, this approach had a drawback — it would not have led to the development of telephony.

By that time, Western Union dominated American telegraphy, having formed in the 1850s to eliminate the disruptive competition among several large telegraph companies — prior to the advent of antitrust legislation, such explanations could be easily used to justify such mergers. One character in our story described it as 'probably the largest corporation ever to exist.' With thousands of kilometers of wire and spending vast amounts on building and maintaining networks, Western Union closely monitored advancements in multiplex telegraphy.

Another player was also awaiting breakthroughs in the telegraph industry. Gardiner Greene Hubbard, Boston lawyer and entrepreneur was one of the main supporters of placing the American telegraph under federal control. Hubbard believed that telegrams could cost as little as letters and aimed to undermine what he saw as the cynical and extortionate monopoly of Western Union. Hubbard's bill did not propose to fully nationalize existing telegraph companies, as nearly all European powers had done, but would establish a government-sponsored telegraph service under the auspices of the postal ministry. However, the outcome would likely have been the same, and Western Union would have exited this business. By the mid-1870s, the promotion of the law had stalled, but Hubbard was confident that control of a critical new telegraph patent could give him an advantage in pushing his proposal through Congress.

Gardiner Greene Hubbard

USA-s on kujunenud kaks ainulaadset tegurit: esiteks, Western Unioni kontinentaalne ulatus. Ühelgi Euroopa telegraafi organisatsioonil ei olnud nii pikki liine ning seetõttu ei olnud ka vajadust multiplexer telegraafia arendamiseks. Teiseks, valitsuse kontrolli küsimus telegraafi üle. Viimane Euroopa bastion oli Suurbritannia, kes riigistatas telegraafi 1870. aastal. Pärast seda ei jäänud kusagile mujal peale USA-d enam kohti, kus oleks olnud ahvatlev perspektiiv tehnoloogilise läbimurde saavutamiseks ja monopoli murdmiseks. Võib-olla sellepärast toimus suurem osa harmoonilise telegraafi tööst USA-s.

Preemia pälvis peamiselt kolm inimest. Kaks neist olid juba kogenud leiutajad – Elisha Gray ja Thomas Edison. Kolmandaks oli professor retoorikas ja kurtide õpetaja nimega Bell.

Gray

Elisha Gray kasvas üles Ohios. Nagu paljud tema eakaaslased, mängis ta nooruses telegraafiaga, kuid 12-aastaselt, kui tema isa suri, hakkas ta otsima elatist pakkuvat ametit. Mõnda aega oli ta sepa õpilane, seejärel laeva puusepp ning 22-aastasena sai ta teada, et saab Oberlini kolledžis haridust omandada, ilma et peaks puusepatööd lõpetama. Pärast viieaastast õpingut asus ta telegraphi valdkonnas leiutaja karjääri. Tema esimene patent oli isereguleeruv relee, mis kasutas teist elektromaagneeti kevade asemel, et tagada ankrute tagasipöördumine, kõrvaldades vajaduse reguleerida relee tundlikkust vooluahela voolu tugevuse järgi.

Elisha Gray, u. 1878.

1870. aastaks oli ta juba partner elektriseadmete tootmise ettevõttes ja töötas seal peainsenerina. 1872. aastal kolisid nad partneriga ettevõtte Chicagosse ja muutis nime Western Electric Manufacturing Companyks. Peagi sai Western Electric Western Unioni jaoks peamiseks telegraphi varustajaks. Sellel oli oluline jälg telefonitehnika ajaloos.

1874. aasta alguses kuulis Gray kummalist heli oma vannist. See kõlas nagu kõmamine vibratsiooni-reotommist, kuid palju tugevamalt. Reotomm (tõlkes 'voo katkestaja') oli hästi tuntud elektriseade, mis kasutas metallist keelt vooluahela kiiresti avamiseks ja sulgemiseks. Vannituppa piiludes nägi Gray oma poega, hoides ühes käes induktsioonikoonust, mis oli ühendatud reotommiga, ja teise käega hõõrudes vanni tsinkkatet, mis mürisemas sama sagedusega. Gray, kes oli huvitatud avanevatest võimalustest, lahkus oma igapäevasest tööst Western Electricis, et tagasi pöörduda leiutamise juurde. Suveks oli ta välja töötanud täiskohtumise muusikalise telegraafi, millega sai mängida helisid metallaluse membraanil, vajutades klaviatuuri klahve.

Saatja

Vastuvõtja

Muusikatelegraaf oli uuendus, millel polnud ilmselt kaubanduslikku väärtust. Kuid Gray mõistis, et erineva helikõrgusega helide edastamise võimalus ühe traadi kaudu annab talle kaks võimalust. Teise konstruktsiooniga saatjaga, mis suudab heli õhust tabada, oleks võimalik luua hääletelegraaf. Teise vastuvõtjaga, mis suudab kombineeritud signaali komponente eraldada, oleks võimalik luua harmooniline telegraaf — see tähendab, et heli põhjal töötav multitelegraaf. Ta otsustas keskenduda teisele variandile, kuna telegraafitööstuses olid ilmsed nõudmised. Ta kinnitas oma valikut, kui kuulis Reisa telefonist, mis näis olevat lihtsalt filosoofiline mänguasi.

Gray koostas harmoonilise telegraafi vastuvõtja elektromagnetide komplektist, mis oli ühendatud metallribadega. Iga riba oli häälestatud konkreetsele sagedusele ja kõlas, kui saatjal vajutati vastavat nuppu. Saatja töötas sama põhimõtte järgi nagu muusikatelegraaf.

Gray täiustas oma seadet järgmise kahe aasta jooksul ja viis selle näitusele. Ametlikult nimetati üritust „Rahvusvaheline kunstide, tööstustoodete ning pinnase ja kaevanduste näitus“. See oli esimene maailmamess, mis toimus Ameerika Ühendriikides ja see kattus rahva sajandi juubeli tähistamisega, mistõttu oli seal esitletud nn „Sajandi ekspositsioon“. Näitus toimus Philadelphias suvel 1876. Seal demonstreeris Gray „oktroopleksset“ ühendust (st kaheksa sõnumi samal ajal edastamist) spetsiaalselt ettevalmistatud telegraafiliinil New Yorgist. See saavutus sai messi kohtunikelt kõrge hinnangu, kuid peagi ületas selle veelgi suurem ime.

Edison

William Orton, Western Unioni president, sai üsna kiiresti teadlikuks Gray edusammudest, mis sundis teda tugevalt muretsema. Parimal juhul tähendaks Gray edu väga kallist patendi litsentsimist. Halvimal juhul saaks Gray patent konkurentsivõimelise ettevõtte aluseks, mis kõigutaks Western Unioni domineerimist.

Seega, juulis 1875 tõi Orton välja ässa varrukast, nimelt Thomas Edisoni. Edison kasvas üles koos telegraafiaga, töötades mitu aastat telegrafistina ning seejärel saades leiutajaks. Tema suurim triumf sel ajal oli kvadruplex-side, mis loodi Western Unioni rahadega eelmisel aastal. Nüüd lootis Orton, et Edison parandab oma leiutist ja ületab Grey saavutusi. Ta andis Edisonile üle Reesi telefoni kirjelduse; samuti oli Edison uurinud Helmholtzi teoseid, mis oli hiljuti inglise keelde tõlgitud.

Edison oli parimas vormis ning uuenduslikud ideed voolasid temast nagu sädemed raipe pealt. K ütles järgmisel aastal kaks erinevat lähenemist akustilisele telegraafile – esimene sarnanes Greyi telegraafile ja kasutas kamertone või vibraatoreid, et genereerida või tajuda vajalikku sagedust. Edison ei suutnud sellist seadet õige tasemega tööle panna.

Teine lähenemine, mida ta nimetas "akustiliseks edastajaks", oli täiesti erinev. Selle asemel, et kasutada vibreerivaid keeli erinevate sageduste edastamiseks, kasutas ta neid impulsside edastamiseks erinevate intervallidega. Ta jagas juhtme kasutamise edastajate vahel ajaliselt, mitte sageduse kaudu. See nõudis iga vastuvõtja-edastaja paari vibratsioonide täiuslikku sünkroonimist, et signaalid ei kattuks. Augustiks 1876 töötas tal sellel põhimõttel kvadrutplekspaar, kuigi rohkem kui 100 miili kaugusel muutus signaal kasutu. Tal oli ka ideid Reissi telefoni täiustamiseks, mille ta ajutiselt kõrvale jättis.

Ja siis kuulis Edison sensatsioonist, mille tekitas Pikaajaliste Näituste ajal Philadelphias inimene nimega Bell.

Bell

Alexander Graham Bell sündis Edinburghis, Šotimaal, ning kasvas Londonis oma vanaisa hoolsa juhendamise all. Nagu Gray ja Edison, näitas ta nooruses huvi telegrafi vastu, kuid järgnes seejärel oma isa ja vanaisa jälgedes, valides oma peamiseks kirguks inimkeele. Tema vanaisa, Alexander, tegi endale nime laval ja seejärel hakkas õpetama esinemisoskusi. Isa, Alexander Melville, oli samuti õpetaja ning isegi töötas välja ja avaldas foneetilise süsteemi, mida ta nimetas "nähtav kõne". Noorem Alexander (Alec, nagu teda pereringis kutsuti) valis oma tegevuseks kurtide kõne õpetamise.

1860. aastate lõpuks õppis ta anatoomiat ja füsioloogiat Londoni Ülikooli Kolledžis. Temaga õppis seal tudeng Marie Eccleston, kellele ta kavatseb abielluda. Kuid seejärel loobus ta nii õpetamisest kui ka armastusest. Tema kaks venda surid kopsutuberkuloosi, ja Aleci isa nõudis, et ta koos ülejäänud perega emigreeriks Uude Maailma, et säilitada ainsa poja tervis. Bell allus, kuigi ta vastandas ja pahandas selle üle, ning tõstis purjed 1870. aastal.

Pärast väikest petmist Ontarios leidis Aleksander, isa sidemete tõttu, töö kurtide kooli õpetajana Bostoni linna. Seal hakkasid kokku punuma tema tuleviku niidid.

Esialgu sai temast õpilane Mabel Hubbard, kes kaotas kuulmise viis aastat vana skarletti tõttu. Bell andis eratunde isegi pärast seda, kui temast sai vokoloogia ja esinemiskunsti professor Bostonis asuvas ülikoolis, ning Mabel kuulus tema esimestesse õpilastesse. Õpingute ajal oli tal natuke alla 16 aasta, kümme aastat vähem kui Bellil, ja paarikümne kuu jooksul armus ta sellesse tüdrukusse. Me tuleme veel tema loo juurde tagasi.

1872. aastal taasisutas Bell oma huvi telegraafia vastu. Mõni aasta varem, olles Londonis, kuulis Bell Helmholzi katsetest. Kuid Bell valesti mõistis Helmholzi saavutust, arvates, et see mitte ainult ei loonud, vaid edastas ka keerukaid helisid elektri abil. Nii tekkis Bellil huvi harmoonilise telegraafia vastu – samaaegne mitme signaali edastamine mitmel sagedusel. Võib-olla inspireerituna teadetest, et Western Union ostis mõtte dupleks-telegraafi kohta oma Bostonist pärit kaasmaalaselt Joseph Stearnilt, üle vaadanud oma ideed ja, nagu Edison ja Gray, hakkas Bell neid ellu viima.

Üks kord Mabeli juures olles puudutas ta oma saatuse teist niiti – seistes klaveri kõrval näitas ta oma perele trikki, mille ta noores eas õppis. Kui klaveril kõla puhas noot, siis vastav keelpill heliseb ja mängib selle teile vastuseks. Ta rääkis Mabeli isale, et häälestatud telegraafisignaal võib saavutada sama efekti ning selgitas, kuidas seda saab kasutada multiplexer telegraafias. Ja Bell ei leidnud paremat kuulajat, kes oleks tema looga nii seondunud: see resoneeris rõõmuga ja mõistis kohe põhiteesi: „õhk on kõigile üks, ja juhe on vajalik ainult üks“, see tähendab, et elektrivoolu lainelevik juhtmes võib miniatuurselt jäljendada õhus levivaid laineid, mille on tekitanud keeruline heli. Bella kuulaja oli Gardiner Hubbard.

Telefon

Ja nüüd muutub lugu väga keeruliseks, nii et ma kardan lugejate kannatust proovida. Proovin jälgida peamisi suundi, takerdumatult detailidesse.

Bell, keda toetas Hubbard ja üks tema üliõpilastest, töötas innukalt harmoonilise telegraafi kallal, varjates oma edusamme. Ta vaheldas raevukat tööd puhkepausidega, kui tema tervis alt vedas, püüdes samal ajal täita oma ülikooli kohuseid, edendada oma isa "nähtava kõne" süsteemi ja töötada erasektori õpetajana. Ta palkas uue abi. Thomas Watson, kogenud mehhaaniku Bosoni mehhaanilisest töökojast Charles Williamsi juures – seal kogunesid elektri huvilised. Hubbard survestas Bella ja ei kartnud isegi kasutada oma tütre kätt stiimulina, keelates ta abielluda, kuni Bell oma telegraafi täiustab.

Suvel 1874, puhates oma peremaja lähedal Ontarios, tabas Bell'i enlighten. Mitmed mõtted, mis olid tema alateadvuses olemas, sulandusid ühte – telefon. Tema mõtteid mõjutas ka fonoautograaf – maailman ensimmäinen äänentallennuslaite, joka piirsi ääniaallot nokiselle lasille. Tämä vakuutti Bellin siitä, että ääniä mitä moninaisimmissa muodoissa voidaan yksinkertaistaa pisteen liikkeiksi tilassa, kuten virran kulku johdossa. Emme jää teknisiin yksityiskohtiin, sillä niillä ei ole mitään tekemistä oikeasti luotujen puhelimien kanssa, ja niiden käyttökelpoisuus herättää kysymyksiä. Kuitenkin ne suuntasivat Bellin ajatuksia uuteen suuntaan.

Luonnos Bellin alkuperäisen puhelimen version konseptista ”harmonikoilla” (ei koskaan rakennettu)

Bell jätti tämän idean hetkeksi taakseen, jotta hänen kumppaninsa odotusten mukaisesti hän voisi pyrkiä luomaan harmonisen telegrafiin.

Kuid rutiin täpsete tööriistade seadistamisest muutus peagi igavaks, ja tema süda, väsinud paljusid praktilisi takistusi, mis tõkestasid teed töö prototüübist praktilisesse süsteemi, tõmbus üha enam telefoni poole. Inimese hääl oli tema esimene kirg. Suvel 1875 avastas ta, et vibratsiooniga keeled ei suuda mitte ainult kiiresti sulgeda ja avada ahelat nagu telegraafi võti, vaid suudavad ka luua pideva lainekujulise voolu, liikudes magnetväljas. Ta jagas oma telefonikontseptsiooni Watsoniga, ja koos ehitasid nad esimesed telefoni mudelid selle printsipiga – elektromagnetväljas vibratsiooniline diafragma tekitas lainekujulise voolu magneti ahelas. See seade suudab edastada teatud summutatud hääli. Hubbard ei olnud seadme loomisega muljet avaldanud ja käskis Bellil naasta reaalsed ülesanded juurde.

Bell'i rudimentaarne telefon-"linnupuur" suvel 1875

Kuid Bell suutis siiski veenda Hubbardi ja teisi partnereid, et idee tuleks patenteerida, kuna seda saaks kasutada multiplexeritel. Ja kui juba patenteerimise taotlemiseks minna, ei takista keegi mainimast seadme kasutamise võimalust kõnesu Communication. Jaanuaris lisas Bell patendi mustandisse uue laine genereerimise mehhanismi: muutuva takistusega. Ta soovis ühendust võtta vibreeriva membraaniga, mis kuulis heli, plaatinast kontaktiga, mis langes ja tõusis hapniku mahutist, kus asus teine, liikumatuks kontakt. Kui liikuv kontakt sukeldus sügavamale, siis kontaktis hape suurema pinnaga, mis vähendas voolu takistust kontaktide vahel – ja vastupidi.

Bella kavand etteanduri kontseptsioonist, kus on vedeliku muutuva takistusega.

Hubbard, teadmisega, et Gray on Bellile lähedal, esitas 14. veebruari hommikul patenditaotluse lainevoo kohta, ootamata Bellilt lõplikku kinnitust. Sama päeva pärastlõunal saabus Greyni advokaat oma patendiga. Selles sisaldus samuti ettepanek lainevoolu genereerimiseks vedeliku muutuva takistuse abil. Selles mainiti ka leiutise rakendamise võimalusi nii telegraafi kui ka hääle edastamise jaoks. Kuid ta jäi paar tundi hiljaks, et takistada Bella patenti. Kui saabumise järjekord oleks olnud teine, oleks enne patendi loa andmist pidanud olema pikad kuulamised prioriteetide osas. Tulemusena anti Bellile 7. märtsil välja patent numbriga 174 465, „Parandused telegraafis“, mis kinnitas Bellisüsteemi tulevast dominantsust.

Kuid selle dramaatilise loo juures ei puudunud iroonia. 14. veebruaril 1876 ei ehitanud Bell ega Gray töötavat telefonimudelit. Keegi ei proovinud seda isegi teha, välja arvatud Bell'i lühike katse eelmisel juulil, kus ei olnud mingit muutuvat takistust. Seetõttu ei tohiks patente pidada tehnoloogia ajaloos tähistavateks punktideks. See kriitiline moment telefoniteenuse arendamisel äritegevusena ei olnud praktiliselt seotud telefoniga kui seadmega.

Alles pärast patendi esitamist tekkis Bellil ja Watsonil võimalus telefoniga uuesti tegeleda, hoolimata Hubbardi pidevast nõudmisest jätkata välikuudetelegraafiga töötamist. Bell ja Watson üritasid mitu kuud ellu viia ideed vedeliku muutuvast takistusest ning selle põhimõttega telefon kasutati kuulsa lause edastamiseks: „Härra Watson, tulge siia, ma tahan teid näha.”

Kuid leiutajatel tekkis pidevalt probleeme nende edastajate usaldusväärsusega. Seetõttu hakkasid Bell ja Watson töötama uut tüüpi edastajate kallal, kasutades magneto põhimõtet, mille kallal nad eksperimenteerisid 1875. aasta suvel – põhimõte, kus membraani liikumine magnetväljas tekitab voolu. Eeliseks oli lihtsus ja usaldusväärsus. Puuduseks aga see, et telefonisignaali madal võimsus tulenes rääkija häälega tekitatud õhu vibratsioonidest. See piiras magneto edastaja efektiivset tööulatust. Muutuvvastupidavusega seadmes moduleeris hääl voolu, mida toitis patarei, mille võimsust sai teha meelevaldselt suureks.

Uued magnetod töötasid palju paremini kui need, mis olid eelmisel suvel, ja Gardiner otsustas, et telefoni idees võib siiski midagi olla. Muude meelelahutuste seas osales ta Massachusettsi hariduse ja teadusnäituste komitees, mis valmistas ette Sajandi Näitust. Ta kasutas oma mõju, et anda Bellile koht näitusel ja konkursil, kus žürii hindas elektrilisi leiutisi.

Bella/Watsoni magnetoülesanne. Vibratsiooniga metallmembrann D liigub magneti H magnetväljas ja stimuleerib voolu kontuuris

Vastuvõtja

Žüriiliikmed saabusid Belli juurde kohe pärast Gray harmoonilise telegraafi uurimist. Ta jättis nad vastuvõtja juurde ja astus ühte saatjasse, mis asus sada meetrit kaugemal galeriis. Belli vestluskaaslased olid hämmastunud, kuuldes tema laulmist ja sõnu, mis tulid väikesest metallkastist. Üks žüriiliikmetest oli Belli kodumaalane, šotlane William Thomson (kellele hiljem anti lord Kelvin tiitel). Ta jooksis rõõmsas erutusest saali teise otsa Belli juurde, et teatada talle, et kuulis tema sõnu, ja hiljem kuulutas telefoni "kõige hämmastavamaks asjaks, mida ta Ameerikas näinud on." Seal oli kohal ka Brasiilia keiser, kes esmalt surus kasti kõrva, seejärel hüppas toolilt ja karjus: "Ma kuulen, ma kuulen!"

Bella näitusel tekkinud müra sundis Edisoni tegelema oma varasemate telefonivüüe ideedega. Ta ründas kohe peamist puudust Bell'i seadmes – nõrk magnetolukontakt. Oma kvadriplexi katsetusest teadis ta, et söerukkide takistus muutus rõhu muutumisega. Pärast mitmeid eksperimente erinevate konfiguratsioonidega töötas ta välja muutuva takistusega saatja, mis põhines sellel põhimõttel. Selle asemel, et liikuv kontakt vedelikus edastaks hääle rõhu laineid, surus rääkija söe „nuppu“, muutes selle takistust ja seega voolu tugevust ringis. See oli kindlasti usaldusväärsem ja lihtsam teostada kui Bell'i ja Gray'i ette kujutatud vedelikuseadmikud ning sai mängivaks panuseks telefoni pikaajalisse edusse.

Kuid Bell tegi ikkagi telefoni esimesena, vaatamata oma konkurentide ilmselgetele kogemuse ja oskuste eelistele. Ta oli esimene mitte seetõttu, et teda tabas inspiratsioon, millele teised ei jõudnud – nad mõtlesid telefonile samuti, kuid pidasid seda tühiseks võrreldes paremaks telegraphi. Bell oli esimene, sest talle meeldis inimhääl rohkem kui telegraaf, nii palju, et ta vastandusid oma partnerite soovidele, kuni suutis tõestada oma telefoni toimivust.

Aga mida teha harmoonilise telegraafiga, millele Grey, Edison ja Bell on nii palju vaeva ja mõtteid kulutanud? Siiani ei ole midagi välja tulnud. Mehaaniliste vibraatorite hoidev ühendamine juhtme mõlemal pool ideaalses häälestuses osutus väga keeruliseks ning keegi ei teadnud, kuidas koosnevat signaali võimendada, et see töötaks pikemate vahemaade tagant. Alles 20. sajandi keskpaiku, pärast seda, kui elektritehnoloogia, mis algas raadiost, võimaldas luua täpset sageduse häälestust ja madala müraga võimendust, muutus idee paljude signaalide ülekandmisest läbi ühe juhtme reaalsuseks.

Hüvasti Belliga

Hoolimata telefoni edust messil, ei olnud Hubbard huvitatud telefoni süsteemi ülesehitamisest. Järgmisel talvel pakkus ta William Ortonile, Western Unioni presidendile, osta kõik telefoniga seonduvad õigused Bell'i patentide eest 100 000 dollari eest. Orton keeldus, olles mõjutatud kombinatsioonist vastumeelsusest Hubbardi ja tema postitelegraafitehnikate vastu, enesekindlusest enda võimetesse ja Edison'i töö suunas telefoni kallal ning veendumisest, et telefon oli võrreldes telegraafiga peaaegu tähtsusetu. Teised katsetused telefoni ideed müüa ei olnud edukaid, peamiselt hirmude tõttu hiiglaslike kohtuvaidluste kulude ees, mis võiksid tekkida patendiõiguste kaubanduse korral. Seetõttu asutas Bell koos partneritega juulis 1877 Bell Telephone Company, et korraldada telefoni teenust iseseisvalt. Samal kuul abiellus Bell lõpuks Mabel Gardineriga tema pere kodus, olles piisavalt edukas, et saada tema isa õnnistus.

Alec koos oma naise Mabeli ja kahe ellujäänud lapsega – kaks tema poega suri imikueas (umbes 1885. aastal).

Järgmise aasta jooksul muutis Orton oma suhtumist telefoni ja asutas oma ettevõtte American Speaking Telephone Company, lootes, et Edisoni, Greyni ja teiste patendid kaitsevad ettevõtet Bella kohtuasjade eest. See muutus Bella huvidele tõeliseks ohuks. Western Unionil oli kaks peamist eelist. Esiteks, suured rahalised vahendid. Bella ettevõte vajas raha, kuna rendis oma seadmeid klientidele, mistõttu nende tasuvus võttis mitu kuud. Teiseks, juurdepääs Edisoni täiustatud saatjale. Igaüks, kes võrreldes tema saatjat Bella seadmega, ei saanud mööda vaadata esimesest paremat selgust ja valjust. Bella ettevõttel polnud muud valikut, kui kaevata konkurendi kohtusse ja esitada patendi rikkumise hagi.

Kuid kui Western Unionil oleks olnud üheselt mõistetavad õigused ainulaadsele kvaliteetsele saatjale, oleks tal olnud tugev mõjuvõim kokkuleppe saavutamiseks. Kuid Bella meeskond leidis varasema patendi sarnase seadme kohta, mille omandas Saksa immigrant Emil Berliner., ning ta selle omandas. Alles pärast mitmeid aastaid kestnud õiguslikke vaidlusi määrati Edisonile patendi prioriteet. Nähtes, et vaidlused ei õnnestu, nõustus Western Union novembris 1879 edastama kõik telefonide, seadmete ja olemasolevate kliendibaasi (55 000 inimest) patendiõigused Bellile. Vastutasuks palusid nad vaid 20% telefonide rendist järgmise 17 aasta jooksul, samuti et Bell ei sekkuks telegraafiteenusesse.

Belli ettevõte asendas kiiresti Bellile kuulunud seadmed täiustatud mudelitega, mis põhinesid algselt Berliini patendil ja seejärel Western Unioni saadud patentidel. Kui vaidlus lõpuks lõppes, oli Belli peamine tegevus patendivaidlustes tunnistajana olemine, mida oli küllaldaselt. Aastaks 1881 oli ta täielikult ametist lahkunud. Nagu Morze, ei olnud ka Edison süsteemide looja. Ettevõtte võttis enda kätte Theodore Vail, energiline juht, kelle Gardiner oli postiteenistusest värvanud, ja tõi selle riigis domineerivasse positsiooni.

Alguses kasvas telefonivõrk täiesti erinevalt telegrafi omast. Viimane arenes hüpetega ühelt kaubanduskeskuselt teisele, ületades korraga 150 km, otsides kohti, kus oli kontsentreeritud väärtuslike kliente, ja alles seejärel täiendas võrk ühendustega vähem suuremate kohalike turgudega. Telefonivõrgud kasvasid nagu kristallid väikestest kasvupunktidest, mõnedest klientidest, mis asusid sõltumatutes kogumites igas linnas ja selle ümbruses, ning aeglaselt, aastakümnete jooksul, liitusid nad regionaalsete ja riiklike struktuuridega.

Karma telefoniteenuste laiemaks rakendamiseks oli kaks tõket. Esiteks, kauguse probleem. Isegi võimendatud muutuva takistusega saatjatega, mis olid loodud Edisonile omase idee alusel, oli telegraafi ja telefoni tööulatus kokkuvõttes võrreldamatu. Telefoni keerulisem signaal oli rohkem müra all, samas kui voolude elektrilised omadused kippusid olema halvemini tuntud kui pideva voolu omadused, mida kasutati telegrafias.

Teiseks, oli sideprobleem. Bella telefon oli üks-ühele suhtlemise seade, mis suutis ühendada kahte punkti ühe juhtmega. Telegraafi puhul see probleemiks ei olnud. Üks kontor suutis teenindada mitmeid kliente ning sõnumite suunamine keskpunktist üle muu juhtme oli lihtne. Kuid telefonikõne edastamiseks polnud lihtsat viisi. Esimeses telefoniversioonis said kolmandad ja edaspidised inimesed kahe vestleja juurde liituda vaid läbi selle, mida hiljem hakati nimetama „paaristtelefoniks“. See tähendab, et kui kõik tellijate seadmed olid ühendatud ühele juhtmele, siis sai igaüks neist rääkida (või pealt kuulata) teistega.

Kauguse probleemiga tuleme tagasi hiljem. järgmises osas uurime ühenduste probleemi ning selle tagajärgi, millel oli mõju relee arengule.

Mida lugeda

• Robert V. Bruce, Bell: Alexander Graham Bell ja üksilduse vallutamine (1973)
• David A. Hounshell, "Elisha Gray ja telefon: ekspert olemise puudused", Tehnoloogia ja kultuur (1975).
• Paul Israel, Edison: Elu leiutamise nimel (1998)
• George B. Prescott, Rääkiv telefon, rääkiv fonograaf ja muud uudised (1878)

Allikas: habr.com