Andere artikelen in de serie:
- De geschiedenis van relais
- De geschiedenis van elektronische computers
- De geschiedenis van de transistor
- De geschiedenis van het internet
De telefoon kwam toevallig voort. Als door een eeuw aan onderzoek naar de mogelijkheden om berichten via elektriciteit over te brengen, dan stuitte men op de telefoon in de zoektocht naar een verbeterde telegraaf. Daarom is het vrij eenvoudig om een plausibele, zij het niet helemaal onbetwiste, datum voor de uitvinding van de telefoon aan te wijzen - het jaar van de eeuw van de oprichting van de VS, 1876.
En men kan niet zeggen dat de telefoon geen voorgangers had. Sinds 1830 zochten onderzoekers naar manieren om geluid om te zetten in elektriciteit, en elektriciteit in geluid.
Elektrisch geluid
In 1837 , een arts en experimentator op het gebied van elektromagnetisme uit Massachusetts, stuitte op een vreemd fenomeen. Hij plaatste een geĆÆsoleerde spirale draad tussen de uiteinden van een permanente magneet, en doopte vervolgens elk uiteinde van de draad in containers met kwik die verbonden waren met een batterij. Telkens wanneer hij de schakeling open- of gesloten maakte door het uiteinde van de draad uit de container te tillen of deze er weer in te laten zakken, genereerde de magneet een geluid dat op een meter afstand hoorbaar was. Page noemde dit galvanische muziek en veronderstelde dat het allemaal te maken had met de 'moleculaire wanorde' die zich in de magneet afspeelde. Page gaf de aanzet tot een golf van onderzoek naar twee aspecten van deze ontdekking: de vreemde eigenschap van metalen materialen om van vorm te veranderen bij magnetisatie, en de meer voor de hand liggende generatie van geluid door elektriciteit.
We zijn met name geĆÆnteresseerd in twee onderzoeken. Het eerste werd uitgevoerd door Johann Philipp Reis. Reis gaf wiskunde en exacte wetenschappen aan leerlingen in het Garnier-instituut nabij Frankfurt, maar besteedde zijn vrije tijd aan onderzoek naar elektriciteit. Tegen die tijd hadden enkele elektriciens al nieuwe varianten van galvanische muziek gecreĆ«erd, maar Reis was de eerste die de alchemie van de tweerichtingsvertaling van geluid in elektriciteit en vice versa meester was geworden.
Reis begreep dat een diafragma, vergelijkbaar met het menselijk trommelvlies, bij vibratie een elektrische kring kon sluiten en openen. Het eerste prototype van het apparaat ātelephonā [āverre sprekerā], gebouwd in 1860, bestond uit een uit hout gesneden āoorā met daarop een membraan, gemaakt van een varkensblaas. Aan de onderzijde van het membraan was een platina elektroden bevestigd, die bij vibratie de kring met de batterij opende en sloot. De ontvanger was een spoel van draad, gewikkeld om een breinaald, die op een viool was bevestigd. De behuizing van de viool versterkte de vibraties van de veranderende vorm van de naald, wanneer deze afwisselend werd gemagnetiseerd en gedemagnetiseerd.
Latere model van Reis' telefoon
Reis bedacht veel verbeteringen voor het vroege prototype, en samen met andere experimenteerders ontdekte hij dat als je erin zong of iets neuriede, de overgedragen geluiden herkenbaar bleven. Woorden waren moeilijker te onderscheiden en werden vaak vervormd en onbegrijpelijk. In veel berichten over succesvolle spraakoverdracht werden veel voorkomende zinnen als āgoedemorgenā en āhoe gaat hetā gebruikt, en die waren gemakkelijk te raden. Het belangrijkste probleem was dat Reis' zender alleen de kring opende en sloot, maar de geluidssterkte niet reguleerde. Hierdoor was het alleen mogelijk om een frequentie met een vaste amplitude over te dragen, wat niet alle nuances van de menselijke stem kon nabootsen.
Reis geloofde dat zijn werk als wetenschap erkend zou moeten worden, maar hij bereikte dat nooit. Zijn apparaat was een populaire curiositeit in de wetenschappelijke elite, en kopieĆ«n verschenen in de meeste centra van deze elite: in Parijs, Londen en Washington. Maar zijn wetenschappelijke werk werd afgewezen door het tijdschrift van professor Poggendorff, āAnnalen der Physikā [āAnnalen van de Fysicaā] ā een van de oudste wetenschappelijke tijdschriften en het meest invloedrijke tijdschrift van die tijd. Reis' pogingen om de telefoon te promoten via telegraafmaatschappijen mislukten ook. Hij leed aan tuberculose, en de verslechterende ziekte hield hem tegen om verdere serieuze onderzoeken te doen. Uiteindelijk eiste de ziekte in 1873 zijn leven en ambities. En dit was niet de laatste keer dat deze ziekte de ontwikkeling van het telefoonverhaal zou belemmeren.
Terwijl Reis zijn telefoon verbeterde, bracht de laatste hand aan zijn vruchtbaar onderzoek naar de auditieve fysiologie: Ā«De leer van de auditieve sensaties als fysiologische basis voor de muziektheorieĀ» [Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage fĆ¼r die Theorie der Musik], gepubliceerd in 1862. Helmholtz, toen professor aan de Universiteit van Heidelberg, was een reus in de wetenschap van de 19e eeuw en werkte aan de fysiologie van het gezichtsvermogen, elektrodynamica, thermodynamica, enz.
Helmholtz' werk heeft maar een marginale relatie tot ons verhaal, maar het zou zonde zijn om het te negeren. In Ā«De leer van de auditieve sensatiesĀ» deed Helmholtz voor de muziek wat Newton voor het licht deed - hij toonde aan hoe een ogenschijnlijk enkele sensatie ontleed kan worden in zijn componenten. Hij bewees dat de verschillen in timbres, van viool tot fagot, alleen voortkomen uit de verschillen in relatieve sterkte van hun boventonen (tonen op dubbele, drievoudige enz. frequentie ten opzichte van de basnoot). Maar voor ons verhaal is het meest interessante in zijn werk het opmerkelijke instrument dat hij ontwikkelde voor demonstratie:
Een variant van de Helmholtz-synthesizer
Het eerste apparaat van Helmholtz bestelde hij bij een werkplaats in Keulen. Eenvoudig gezegd was het een synthesizer die geluiden kon produceren op basis van de samenstelling van eenvoudige tonen. De meest verbazingwekkende mogelijkheid was de onverklaarbare vaardigheid om klinkers te reproduceren, die men alleen gewend was te horen uit een menselijke mond.
De synthesizer werkte op basis van de trilling van de hoofdstemvork, die op de basnoot trilde en de kring sloot en opende, waardoor een platinawire in een bakje met kwik werd ondergedompeld. Acht gemagnetiseerde stemvorken, die elk op hun eigen boventon trilden, lagen tussen de uiteinden van de elektromagneet die met de kring was verbonden. Elke sluiting van de kring activeerde de elektromagneten en hield de stemvorken in een trillende toestand. Naast elke stemvork bevond zich een cilindrische resonator die zijn zoemgeluid tot een hoorbaar niveau kon versterken. In een normale toestand was het deksel op de resonator gesloten, waardoor het geluid van de stemvork werd gedempt. Als je het deksel opzij schoof, kon je deze boventon horen en zo het geluid van een trompet, piano of de klinker āoā āspelenā.
Dit apparaat zal een kleine rol spelen in de creatie van een nieuw type telefoon.
Harmonische telegraphie
Een van de lokmiddelen voor uitvinders in de tweede helft van de 19e eeuw was de multitelegraf. Hoe meer telegraafsralen je in ƩƩn draad kon persen, hoe efficiƫnter het telegraafnetwerk werd. Tegen het begin van de jaren 1870 waren er verschillende methoden bekend voor duplex telegrafie (gelijktijdige verzending van twee signalen in tegengestelde richtingen). Kort daarna verbeterde Thomas Edison deze methoden door een quadruplex te maken, waarbij hij duplex en diplex (gelijktijdige overdracht van twee signalen in ƩƩn richting) combineerde, waardoor de draad vier keer efficiƫnter kon worden gebruikt.
Maar kon het aantal signalen nog verder worden vergroot? Een octoplex of nog meer organiseren? Het idee dat geluidsgolven in elektrische stroom en vice versa konden worden omgezet, bood een interessante mogelijkheid. Wat als we tonen van verschillende hoogtes gebruikten om een akoestische, harmonische of, poƫtisch gezegd, muzikale telegraaf te creƫren? Als fysieke trillingen van verschillende frequenties in elektrische signalen kunnen worden omgezet en weer naar hun oorspronkelijke frequenties aan de andere kant worden teruggebracht, zou het mogelijk zijn om tegelijkertijd vele signalen zonder onderlinge interferentie te verzenden. Het geluid zelf zou dan slechts een middel zijn om een doel te bereiken, een tussenliggende omgeving die stromen vormde zodat meerdere signalen in ƩƩn draad konden bestaan. Voor de eenvoud noem ik dit concept de harmonische telegraphie, hoewel in die tijd verschillende varianten van termen werden gebruikt.
Dit was niet de enige manier om multiplexsignalen te creƫren. In Frankrijk [naar wie de eenheid van symbolensnelheid is vernoemd - baud / red.] had in 1874 een machine bedacht met een draaiende verdeler die afwisselend signalen van meerdere telegraafzenders verzamelde. Dit zouden we nu een tijdsgebonden multiplex noemen, in plaats van een frequentiebasis. Maar deze aanpak had een nadeel - het leidde niet tot de creatie van telefonie.
Tegen die tijd domineerde Western Union de Amerikaanse telegrafie, opgericht in de jaren 1850 in een poging om de ongunstige concurrentie tussen verschillende grote telegraafbedrijven te elimineren - vĆ³Ć³r de opkomst van antimonopoliewetgeving kon men zo'n uitleg zonder enige problemen gebruiken om dergelijke fusies te rechtvaardigen. Een van de personages in ons verhaal beschreef het als "waarschijnlijk de grootste onderneming die ooit heeft bestaan". Met duizenden kilometers aan draden en enorme uitgaven voor de bouw en het onderhoud van netwerken volgde Western Union met grote belangstelling de ontwikkelingen op het gebied van multiplex telegrafie.
Een andere speler wachtte ook op doorbraken in de telegraafsector. , een Bostonse advocaat en ondernemer, was een van de belangrijkste voorstanders van de overdracht van de Amerikaanse telegraaf naar de controle van de federale overheid. Hubbard was van mening dat telegrammen net zo goedkoop kunnen zijn als brieven, en hij was vastbesloten de, naar zijn mening, cynische en afpersende monopolie van Western Union te ondermijnen. Het wetsvoorstel van Hubbard stelde niet voor om de bestaande telegraafbedrijven volledig te nationaliseren, zoals bijna alle Europese machten deden, maar zou een door de overheid gesponsorde telegraafdienst onder de bescherming van het ministerie van Post instellen. Maar het resultaat zou hoogstwaarschijnlijk hetzelfde zijn geweest, en Western Union zou uit deze business zijn gestapt. Tegen het midden van de jaren 1870 stagneerde de voortgang van de wet, maar Hubbard was ervan overtuigd dat de controle over een cruciaal nieuw telegraafpatent hem een voordeel zou geven om zijn voorstel in het Congres door te drukken.
Gardiner Greene Hubbard
In de VS waren er twee unieke factoren: ten eerste de continentale omvang van Western Union. Geen enkele Europese telegraaforganisatie had zulke lange lijnen, en dus ook geen aanleiding voor de ontwikkeling van multiplex telegrafie. Ten tweede de open vraag van overheidscontrole over de telegraaf. De laatste Europese bastion was Groot-Brittanniƫ, dat de telegraaf in 1870 nationaliseerde. Daarna waren er nergens anders dan in de VS nog plaatsen waar het aantrekkelijke vooruitzicht om een technologische doorbraak te maken en het monopolie te ondermijnen, zichtbaar was. Misschien daarom werd een groot deel van het werk aan de harmonische telegraaf in de VS uitgevoerd.
Drie mensen streden vooral om de prijs. Twee van hen waren al gevestigde uitvinders - en . De derde was een professor in de retoriek en docent voor doven met de achternaam Bell.
Gray
Elisha Gray groeide op op een boerderij in Ohio. Zoals veel van zijn tijdgenoten experimenteerde hij als tiener met telegraphie, maar op 12-jarige leeftijd, na de dood van zijn vader, begon hij naar een bezigheid te zoeken die hem een inkomen zou kunnen bieden. Een tijd lang was hij leerling van een smid, vervolgens een scheepsbouwkundige, en op 22-jarige leeftijd ontdekte hij dat hij onderwijs kon volgen aan het Oberlin College zonder zijn werk als timmerman op te geven. Na vijf jaar studie begon hij zijn carriĆØre als uitvinder op het gebied van telegraphie. Zijn eerste patent was een zelfinstellend relais dat, met behulp van een tweede elektromagneet in plaats van een veer, die het anker terugbracht, de noodzaak voor het afstellen van de gevoeligheid van het relais afhankelijk van de stroomsterkte in het circuit voorkwam.
Elisha Gray, ca. 1878
Tegen 1870 was hij al partner in een bedrijf dat elektrische apparatuur produceerde en werkte daar als hoofdingenieur. In 1872 verhuisden hij en zijn partner het bedrijf naar Chicago en noemden het om in Western Electric Manufacturing Company. Al snel werd Western Electric de belangrijkste leverancier van telegraphieapparatuur voor Western Union. Uiteindelijk zal het een aanzienlijke impact hebben op de geschiedenis van de telefonie.
In het begin van 1874 hoorde Gray een vreemde geluid uit zijn badkamer. Het klonk als het gehuil van een trillende reotome, maar dan veel sterker. De reotome (letterlijk 'stroomonderbreker') was een goed bekend elektrisch apparaat dat een metalen tong gebruikte om de schakeling snel open en dicht te maken. Toen hij in de badkamer keek, zag Gray zijn zoon met in de ene hand een inductiespoel verbonden met de reotome, en met de andere hand wreef hij over de verzinkte coating van de badkuip, die resonantie produceerde met dezelfde frequentie. Gray, geĆÆnteresseerd in de nieuwe mogelijkheden, nam afstand van zijn dagelijkse werk bij Western Electric om zich opnieuw op het uitvinden te concentreren. Tegen de zomer ontwikkelde hij een volle octaaf muzikale telegraph waarmee geluiden op een diafragma, gemaakt van een metalen kom, konden worden afgespeeld door op de toetsen van de keyboard te drukken.
Zender
Ontvanger
De muziektelegraf was een noviteit zonder duidelijke commerciĆ«le waarde. Maar Gray begreep dat de mogelijkheid om geluiden van verschillende toonhoogtes via Ć©Ć©n draad te verzenden hem twee kansen bood. Met een zender van een andere constructie, die in staat was geluid uit de lucht op te vangen, kon er een spraaktelegraaf worden gemaakt. Met een andere ontvanger, die in staat was een gecombineerde signaal in componenten te splitsen, kon er een harmonische telegraphie worden gerealiseerd ā dat wil zeggen, een multiplex-telegraphie gebaseerd op geluid. Hij besloot zich op de tweede optie te concentreren, gezien de duidelijke verzoeken vanuit de telegraphie-industrie. Hij bevestigde zijn keuze, wetende van de telefoon van Reis, die, zo leek het, een eenvoudige filosofische speelmateriaal was.
De ontvanger van de harmonische telegraphie die Gray maakte, was opgebouwd uit een set elektromagneten, gekoppeld aan metalen strips. Elke strip was afgestemd op een specifieke frequentie en klonk wanneer de bijbehorende knop op de zender werd ingedrukt. De zender werkte volgens hetzelfde principe als de muziektelegraaf.
Gray verbeterde zijn apparaat de volgende twee jaar en nam het mee naar een tentoonstelling. Het evenement werd officieel "". Dit was de eerste wereldtentoonstelling die in de VS werd gehouden en viel samen met de viering van de eeuw van de natie, waarvoor de zogenaamde "Eeuwtentoonstelling" werd gepresenteerd. Het vond plaats in Philadelphia in de zomer van 1876. Daar demonstreerde Gray de "octoplex" verbinding (dat wil zeggen, het gelijktijdig verzenden van acht berichten) op een speciaal voorbereide telegraphielijn vanuit New York. Deze prestatie werd hoog gewaardeerd door de jury van de tentoonstelling, maar al snel overschaduwde een nog grotere wonder.
Edison
, president van Western Union, kwam al snel te weten over de voortgang van Gray, wat hem behoorlijk nerveus maakte. In het beste geval, bij het succes van Gray, zou de situatie resulteren in een zeer dure licensing van het patent. In het ergste geval zou het patent van Gray de basis worden voor de oprichting van een concurrerend bedrijf dat het monopolie van Western Union zou ondermijnen.
In juli 1875 haalde Orton een aas uit zijn mouw, namelijk Thomas Edison. Edison groeide op naast de telecommunicatie, werkte enkele jaren als telegrapist en werd vervolgens uitvinder. Zijn grootste triomf tot dat moment was de quadrulex-communicatie, gefinancierd door Western Union, een jaar eerder. Nu hoopte Orton dat hij zijn uitvinding zou verbeteren en zou overtreffen wat Gray had bereikt. Hij gaf Edison een beschrijving van het telefoonontwerp van Reis; ook bestudeerde Edison het werk van Helmholtz, dat onlangs in het Engels was vertaald.
Edison was in topvorm, en innovatieve ideeĆ«n stroomden uit hem als vonken van een aambeeld. In het daaropvolgende jaar toonde hij twee verschillende benaderingen van de akoestische teleograaf ā de eerste leek op de telegraaf van Gray, en gebruikte stemvorken of trillende tongen om de gewenste frequentie te creĆ«ren of te waarnemen. Edison slaagde er niet in om zo'n apparaat op een acceptabel niveau te laten werken.
De tweede benadering, die hij de "akoestische zender" noemde, was volkomen anders. In plaats van trillende tongen te gebruiken voor het verzenden van verschillende frequenties, gebruikte hij ze voor het verzenden van pulsen met verschillende intervallen. Hij verdeelde het gebruik van de draad tussen zenders in de tijd, en niet per frequentie. Dit vereiste perfecte synchronisatie van de vibraties in elk paar zender-ontvanger, zodat de signalen elkaar niet overlappen. In augustus 1876 werkte hij op dit principe met een quadrulex, hoewel het signaal op meer dan 100 mijl nutteloos werd. Hij had ook ideeƫn voor het verbeteren van de telefoon van Reis, die hij tijdelijk opzij zette.
En toen hoorde Edison over de sensatie die was ontstaan op de Centennial Exposition in Philadelphia door een man genaamd Bell.
Bell
Geboren in Edinburgh, Schotland, groeide hij op in Londen onder de zorgzame begeleiding van zijn grootvader. Net als Grey en Edison toonde hij op jonge leeftijd interesse in de telegraaf, maar volgde uiteindelijk de voetsporen van zijn vader en grootvader, waarbij hij zijn belangrijkste passie voor menselijke spraak koos. Zijn grootvader, Alexander, maakte naam op het podium en werd later leraar in de retorica. Zijn vader, Alexander Melville, was ook docent en ontwikkelde en publiceerde zelfs een fonetisch systeem dat hij 'zichtbare spraak' noemde. De jongere Alexander (Alec, zoals zijn familie hem noemde), koos ervoor om doven spraak te leren.
Tegen het einde van de jaren 1860 bestudeerde hij anatomie en fysiologie aan het University College London. Samen met hem studeerde een medestudent, Marie Ecleston, met wie hij van plan was te trouwen. Maar hij weigerde zowel de studie als de liefde. Twee van zijn broers stierven aan tuberculose, en Alecs vader eiste dat hij met de rest van het gezin naar de Nieuwe Wereld emigreerde om de gezondheid van zijn enige zoon te behouden. Bell voldeed, hoewel hij zich tegen deze beslissing verzette en kwaad was, en hij zette zeilen in 1870.
Na een kleine klus in Ontario vond Alexander, dankzij de connecties van zijn vader, een baan als leraar aan een school voor doven in Boston. Daar begonnen de draden van zijn toekomst bij elkaar te komen.
Als eerste kreeg hij een leerling, Mabel Hubbard, die op vijfjarige leeftijd doof was geworden door de roodvonk. Bell gaf privƩlessen, zelfs nadat hij professor was geworden in vocale fysiologie en retorica aan de Boston University, en Mabel was een van zijn eerste leerlingen. Tijdens haar opleiding was ze net iets jonger dan 16 jaar, tien jaar jonger dan Bell, en in enkele maanden werd hij verliefd op dit meisje. We zullen nog terugkomen op haar verhaal.
In 1872 hernieuwde Bell zijn interesse in telegrafie. Enkele jaren daarvoor, terwijl hij in Londen was, hoorde Bell over de experimenten van Helmholtz. Maar Bell begreep Helmholtz's ontdekking verkeerd en dacht dat hij niet alleen complexe geluiden had gecreĆ«erd, maar deze ook had doorgegeven via elektriciteit. Zo raakte Bell geĆÆnteresseerd in de harmonische telegraaf - het gelijktijdig gebruik van een draad voor meerdere signalen die op verschillende frequenties werden verzonden. Waarschijnlijk geĆÆnspireerd door het nieuws dat Western Union het idee van de duplex telegraaf had overgenomen van zijn stadgenoot Joseph Stearns uit Boston, heroverwoog Bell zijn ideeĆ«n en, net als Edison en Gray, begon hij te proberen deze te realiseren.
Eens, tijdens een bezoek bij Mabel, raakte hij de tweede draad van zijn lot aan ā terwijl hij naast de piano stond, toonde hij haar familie een truc die hij in zijn jeugd had geleerd. Als je een zuivere noot in de piano zingt, zal de overeenkomstige snaar trillen en deze in antwoord spelen. Hij vertelde de vader van Mabel dat een afgesteld telegraafsignaal hetzelfde effect kan bereiken en legde uit hoe dit kan worden gebruikt in multiplex telegrafie. En Bell zou geen luisteraar vinden die beter afgestemd was op zijn verhaal: hij resoneerde met vreugde en begreep onmiddellijk de belangrijkste boodschap: "de lucht is voor iedereen hetzelfde, en er is maar Ć©Ć©n draad nodig", dat wil zeggen, de golfverspreiding van de stroom in de draad kan in het klein de verspreiding in de lucht van golven, veroorzaakt door complexe geluiden, nabootsen. De luisteraar van Bell was Gardiner Hubbard.
Telefoon
En nu wordt het verhaal zeer gecompliceerd, dus ik ben bang het geduld van de lezers op de proef te stellen. Ik zal proberen de belangrijkste tendensen te volgen, zonder in details vast te lopen.
Bell, gesteund door Hubbard en de vader van een andere student, werkte ijverig aan de harmonische telegraaf, zonder zijn successen prijs te geven. Hij wisselde zijn felle werk af met periodes van rust, wanneer zijn gezondheid hem in de steek liet, terwijl hij probeerde zijn universitaire verplichtingen na te komen, het systeem van "zichtbare spraak" van zijn vader te promoten en als tutor te werken. Hij huurde een nieuwe assistent in, , een ervaren mechanicus van de Boston Mechanical Workshop, Charles Williams - daar kwamen geĆÆnteresseerden in elektriciteit samen. Hubbard drong aan op Bell en schroomde zelfs niet om de hand van zijn dochter te gebruiken als stimulans, zich verzetten om haar uit te huwelijken totdat Bell zijn telegraaf verbeterde.
In de zomer van 1874, tijdens een vakantie in de buurt van het gezinshuis in Ontario, kreeg Bell een inspiratie. Enkele gedachten die in zijn onderbewustzijn bestonden, smolten samen tot Ć©Ć©n - de telefoon. Zijn gedachten werden niet in de laatste plaats beĆÆnvloed door ā 's werelds eerste apparaat voor geluidsopname dat geluidsgolven op- en scherp getekend op roetglas. Dit overtuigde Bell dat geluid van elke complexiteit kan worden teruggebracht tot bewegingen van een punt in de ruimte, zoals de beweging van stroom door een draad. Laten we niet blijven hangen bij de technische details, want die hebben geen betrekking op de daadwerkelijk gemaakte telefoons en de praktische toepasbaarheid ervan is twijfelachtig. Maar ze wijzen Bells denken in een nieuwe richting.
Een schets van het concept van Bells oorspronkelijke telefoonversie met 'harmonischen' (niet gebouwd)
Bell stelde dit idee tijdelijk uit om, zoals zijn partners van hem verwachtten, de doelstelling van het creƫren van een harmonische telegraaf na te jagen.
Maar de routine van het nauwkeurig afstemmen van de instrumenten verveelde hem al snel, en zijn hart, dat moe was van de vele praktische obstakels die stonden tussen een werkend prototype en een praktisch systeem, verlangde steeds meer naar de telefoon. De menselijke stem was zijn eerste passie. In de zomer van 1875 ontdekte hij dat vibrerende tongen niet alleen snel een circuit konden sluiten en openen zoals een telegraafschakelaar, maar ook een continu golfvormig stroompje konden creƫren terwijl ze zich in een magnetisch veld bewogen. Hij vertelde zijn idee over de telefoon aan Watson, en samen bouwden ze het eerste model van de telefoon op basis van dit principe - de vibrerende diafragm in het magnetische veld wekte een golfvormig stroompje op in het magnetische circuit. Dit apparaat was in staat om bepaalde gedempte geluiden van de stem over te brengen. Hubbard was niet onder de indruk van het apparaat en beval Bell om terug te keren naar de realistische taken.
De rudimentaire telefoon 'galg' van Bell in de zomer van 1875
Maar Bell overtuigde Hubbard en de andere partners dat het idee gepatenteerd moest worden, aangezien het gebruikt kon worden in multiplex telegrafie. En als ze al een patentaanvraag indienen, zal niemand het verbieden om de mogelijkheid van het gebruik van het apparaat voor spraakcommunicatie te vermelden. In januari voegde Bell een nieuw mechanisme voor het genereren van golfstroom toe aan de conceptpatentaanvraag: variabele weerstand. Hij wilde een trillende diafragma, dat geluid opnam, verbinden met een platina contact dat in een zuurhoudende vloeistof zakte en weer omhoogkwam, waar ook een ander, stilstaand contact zich bevond. Wanneer het bewegende contact dieper dook, kwam er een groter oppervlak in contact met de zuurhoudende vloeistof, waardoor de weerstand van de stroom die tussen de contacten stroomde verminderde ā en vice versa.
Bel's schets van de zender met vloeibare variabele weerstand
Wetende dat Gray Bell op de hielen zat, diende Hubbard op 14 februari in de ochtend een patentaanvraag voor golfstroom in bij het patentbureau, zonder te wachten op de definitieve goedkeuring van Bell. Later op diezelfde dag arriveerde Gray's advocaat met zijn patent. Ook hierin werd een voorstel gedaan voor het genereren van golfstroom met behulp van vloeibare variabele weerstand. Daarnaast werden ook mogelijkheden voor het toepassen van de uitvinding voor zowel telegraphie als spraakoverdracht genoemd. Maar hij was enkele uren te laat om Bell's patent te verstoren. Als de volgorde van aankomst anders was geweest, zouden er lange hoorzittingen over prioriteiten moeten plaatsvinden voordat het patent werd toegewezen. Uiteindelijk kreeg Bell op 7 maart patent nummer 174 465, "Verbeteringen in telegraphie", wat de basis legde voor de toekomstige dominantie van Bell's systeem.
Maar in dit dramatische verhaal ontbreekt de ironie niet. Want op 14 februari 1876 hadden noch Bell, noch Gray een werkend model van de telefoon gebouwd. Niemand had het zelfs geprobeerd, afgezien van een korte poging van Bell in de vorige juli, waarin geen enkele variabele weerstand was. Daarom moeten we patenten niet beschouwen als mijlpalen in de geschiedenis van technologie. Dit kritische moment in de ontwikkeling van telefonie als bedrijfsactiviteit was praktisch niet verbonden met de telefoon als apparaat.
Pas nadat Bell en Watson hun patent hadden ingediend, kregen ze de mogelijkheid om terug te keren naar de telefoon, ondanks de voortdurende druk van Hubbard om door te gaan met de ontwikkeling van de multiplex-telegraaf. Bell en Watson probeerden enkele maanden lang hun idee van een vloeistofvariabele weerstand aan de praat te krijgen, en de op dit principe gebaseerde telefoon werd gebruikt voor de beroemde zin: "Meneer Watson, kom hier, ik wil u zien."
Maar de uitvinders ondervonden voortdurend problemen met de betrouwbaarheid van deze zenders. Daarom gingen Bell en Watson aan de slag met nieuwe zenders die het magneto-principe gebruikten, waarmee ze in de zomer van 1875 experimenteerden ā door middel van de beweging van de diafragma in een magnetisch veld om direct een stroom op te wekken. Het voordeel was de eenvoud en betrouwbaarheid. Het nadeel was dat de lage kracht van het telefoonsignaal het gevolg was van de luchtverplaatsingen die door de spreker werden veroorzaakt. Dit beperkte het effectieve werkbereik van de magnetozender. Bij het apparaat met de variabele weerstand moduleren de stemgeluiden de stroom die door de batterij wordt geproduceerd, die zoveel krachtiger gemaakt kan worden als nodig is.
De nieuwe magneto's werkten veel beter dan die van de zomer ervoor, en Gardiner besloot dat er misschien toch iets in het idee van de telefoon zat. Behalve andere bezigheden nam hij deel aan de onderwijs- en wetenschappelijke tentoonstellingencommissie van Massachusetts voor de aankomende Centennial Exposition. Hij gebruikte zijn invloed om Bell een plek te geven op de tentoonstelling en in de competitie waar juryleden elektrische uitvindingen beoordeelden.
Bell/Watsons magnetozender. De trillende metalen diafragma D beweegt in het magnetische veld van de magneet H en wekt een stroom op in de cirkel.
Ontvanger
De jury arriveerde bij Bell onmiddellijk na het bestuderen van Gray's harmonische telegraaf. Hij liet ze bij de ontvanger en ging naar een van de zenders die honderd meter verderop in de galerij stonden. Bell's gesprekspartners waren verbaasd om zijn gezang en woorden te horen komen uit het kleine metalen doosje. Een van de juryleden was Bell's landgenoot, een Schot. (waardoor later de titel van lord Kelvin werd verleend). In blije opwinding rende hij naar de andere kant van de zaal naar Bell om hem te vertellen dat hij zijn woorden had gehoord, en later verklaarde hij de telefoon tot "het meest verbazingwekkende dat hij in Amerika had gezien". Ook de keizer van Braziliƫ was aanwezig, die eerst de doos aan zijn oor drukte en vervolgens met geschreeuw rechtop sprong van zijn stoel: "Ik hoor het, ik hoor het!"
De opschudding die Bell op de tentoonstelling veroorzaakte, zette Edison aan om zijn eerdere ideeĆ«n over telefonische transmissie op te pakken. Hij viel onmiddellijk de grootste tekortkoming van Bells apparaat aan ā de zwakke magneto-ontvanger. Van zijn experimenten met de quadruplex wist hij dat de weerstand van de kolenpoeder veranderde met de druk. Na talloze experimenten met verschillende configuraties ontwikkelde hij een variabele weerstandstransmitter die op dit principe werkte. In plaats van een vloeistofcontact dat de drukgolf van de stem van de spreker volgde, drukte hij de kolen "knop" samen, wat de weerstand veranderde en dus de stroomsterkte in de kring. Dit was veel betrouwbaarder en eenvoudiger uit te voeren dan de vloeistofontvangers die Bell en Gray hadden bedacht, en het was een doorslaggevende bijdrage aan het langdurige succes van de telefoon.
Toch was Bell de eerste die de telefoon maakte, ondanks de duidelijke voordelen in ervaring en vaardigheden die zijn concurrenten hadden. Hij was de eerste niet omdat hij een inspir moment had dat anderen niet hadden ā anderen hadden ook aan de telefoon gedacht, maar beschouwden het als onbelangrijk in vergelijking met de verbeterde telegrafie. Bell was de eerste omdat hij de menselijke stem leuker vond dan de telegraaf, zozeer dat hij de drang van zijn partners weerstond totdat hij het functioneren van zijn telefoon kon bewijzen.
Wat gebeurde er met de harmonische telegraaf waaraan Gray, Edison en Bell zoveel moeite en gedachten besteedden? Tot nu toe is er niets uit gekomen. Het bleek erg moeilijk om de mechanische vibrators aan beide uiteinden van de draad perfect af te stemmen, en niemand wist hoe ze het gecombineerde signaal konden versterken zodat het op lange afstanden werkte. Pas tegen het midden van de 20e eeuw, nadat elektrische technologieƫn, die begonnen met radio, het mogelijk maakten om frequenzen nauwkeurig af te stemmen en versterking met een laag geluidsniveau te creƫren, werd het idee van het overlappen van meerdere signalen voor verzending over ƩƩn draad werkelijkheid.
Afscheid van Bell
Ondanks het succes van de telefoon op de beurs, was Hubbard niet geĆÆnteresseerd in het opbouwen van een telefoonsysteem. Die winter stelde hij William Orton, de president van Western Union, voor om alle rechten op de telefoon volgens Bell's patent te kopen voor $100.000. Orton weigerde, onder invloed van een combinatie van afkeer voor Hubbard en zijn plannen met de posttelegraaf, zelfvertrouwen in zijn kunnen en Edison's werk aan de telefoon, en de overtuiging dat de telefoon, vergeleken met de telegraaf, zeer weinig betekende. Andere pogingen om het idee van de telefoon te verkopen waren niet succesvol, voornamelijk uit angst voor de enorme kosten van rechtszaken over patentrechten in het geval van commercialisatie. Daarom richtten Bell en zijn partners in juli 1877 de Bell Telephone Company op om de telefoniedienst zelf te organiseren. In dezelfde maand trouwde Bell eindelijk met Mabel Gardiner in het huis van haar familie, en was hij succesvol genoeg om de zegen van haar vader te verdienen.
Alec met zijn vrouw Mabel en twee overlevende kinderen - zijn twee zonen stierven in de kindertijd (ongeveer 1885)
In het volgende jaar veranderde Orton zijn houding ten opzichte van de telefoon en richtte hij zijn eigen bedrijf op, American Speaking Telephone Company, in de hoop dat de patenten van Edison, Gray en anderen het bedrijf zouden beschermen tegen juridische aanvallen van Bell. Het werd een dodelijke bedreiging voor de belangen van Bell. Western Union had twee belangrijke voordelen. Ten eerste waren er de aanzienlijke financiƫle middelen. Het bedrijf van Bell had geld nodig, omdat het apparatuur aan zijn klanten verhuurde, wat een lange tijd kostte om rendabel te worden. Ten tweede had het toegang tot de verbeterde zender van Edison. Iedereen die zijn zender met die van Bell vergeleek, kon niet anders dan de betere helderheid en luidheid van de stem van de eerste opmerken. Bell had geen andere keus dan een rechtszaak tegen de concurrent aan te spannen wegens inbreuk op het patent.
Als Western Union onbetwistbare rechten had gehad op de enige beschikbare hoogwaardige zender, zou het een krachtige hefboom hebben gehad om een overeenkomst te bereiken. Maar het team van Bell ontdekte een eerder patent voor een soortgelijk apparaat, verkregen door de Duitse emigrant , en kocht het op. Pas na vele jaren juridische gevechten werd het patent van Edison als prioriteit erkend. Wetende dat de rechtszaak geen succes opleverde, stemde Western Union in november 1879 ermee in om alle octrooirechten op de telefoon, de apparatuur en de basis van bestaande abonnees (55.000 mensen) over te dragen aan het bedrijf van Bell. In ruil daarvoor vroegen ze slechts 20% van de huuropbrengsten van telefoons voor de volgende 17 jaar, en dat Bell zich niet in de telegraafbusiness zou mengen.
Het bedrijf van Bell verving snel de apparaten van Bell door verbeterde modellen, aanvankelijk gebaseerd op het patent van Berliner en daarna op de patenten verkregen van Western Union. Tegen de tijd dat het proces eindigde, was Bell's belangrijkste bezigheid het getuigen in de patentgeschillen, van welke er meer dan genoeg waren. Tegen 1881 had hij zich volledig uit de zaken teruggetrokken. Net als Morse, en in tegenstelling tot Edison, was hij geen systeemontwerper. Theodore Vail, een energieke manager die Gardiner uit de postdienst had gehaald, nam het bedrijf in handen en leidde het naar een dominante positie in het land.
Aanvankelijk groeide het telefoonnetwerk niet op dezelfde manier als het telegrafienetwerk. Laatstgenoemde ontwikkelde zich sprongetjes van het ene commerciƫle centrum naar het andere, waarbij het per keer 150 km overbrugde, terwijl het punten zocht met de hoogste concentratie waardevolle klanten en vervolgens het netwerk aanvulde met verbindingen met kleinere lokale markten. Telefoonnetwerken groeiden als kristallen vanuit kleine groeipunten, uit een paar klanten die zich in onafhankelijke clusters in elke stad en omgeving bevonden, en fusioneerden langzaam, over tientallen jaren, tot regionale en nationale structuren.
Er waren twee obstakels voor grootschalige telefonie. Ten eerste was er het probleem van de afstand. Zelfs met versterkte variabele weerstandzenders, gebaseerd op Edisonās idee, was het bereik van de telegraaf en de telefoon niet te vergelijken. Het complexere signaal van de telefoon was gevoeliger voor ruis, en de elektrische eigenschappen van fluctuĆ«rende stromen waren minder goed begrepen dan die van de gelijkstroom die in de telegraaf werd gebruikt.
Ten tweede was er het probleem van de connectiviteit. Bell's telefoon was een communicatieapparaat voor twee partijen, het kon twee punten verbinden via Ć©Ć©n draad. Voor de telegraaf was dit geen probleem. EĆ©n kantoor kon vele klanten bedienen, en berichten konden gemakkelijk vanuit het centrale kantoor over een andere lijn worden doorgestuurd. Maar er was geen gemakkelijke manier om een telefoongesprek door te geven. In de eerste versie van de telefoon konden derde en verdere personen zich pas verbinden met de twee sprekende mensen via wat later een 'paralleled telephone' zou worden genoemd. Dat wil zeggen, als alle toestellen van de abonnees aan Ć©Ć©n lijn waren aangesloten, kon elk van hen met de anderen praten (of meeluisteren).
We zullen op het probleem van de afstand terugkomen op een later moment. In zullen we dieper ingaan op het probleem van de verbindingen en de gevolgen daarvan, die invloed hebben gehad op de ontwikkeling van relais.
Wat te lezen
- Robert V. Bruce, Bell: Alexander Graham Bell and the Conquest of Solitude (1973)
- David A. Hounshell, āElisha Gray and the Telephone: On the Disadvantages of Being an Expertā, Technology and Culture (1975).
- Paul Israel, Edison: A Life of Invention (1998)
- George B. Prescott, The Speaking Telephone, Talking Phonograph, and Other Novelties (1878)
Bron: habr.com
