Andere artikelen in de serie:
- Geschiedenis van het relais
- Geschiedenis van elektronische computers
- Geschiedenis van de transistor
- Internetgeschiedenis
De telefoon verscheen toevallig. Als Dankzij een eeuw onderzoek naar de mogelijkheden om berichten via elektriciteit te verzenden, stuitten mensen op de telefoon op zoek naar een verbeterde telegraaf. Daarom is het vrij eenvoudig om een plausibele, hoewel niet geheel zekere, datum voor de uitvinding van de telefoon aan te wijzen: het honderdjarig bestaan van de oprichting van de Verenigde Staten, 1876.
En er kan niet worden gezegd dat de telefoon geen voorgangers had. Sinds 1830 zoeken wetenschappers naar manieren om geluid om te zetten in elektriciteit, en elektriciteit in geluid.
Elektrisch geluid
In 1837 jaar , een arts en experimentator op het gebied van elektromagnetisme uit Massachusetts, stuitte op een vreemd fenomeen. Hij plaatste een geïsoleerde spiraaldraad tussen de uiteinden van een permanente magneet en plaatste vervolgens elk uiteinde van de draad in een houder met kwik die op een batterij was aangesloten. Elke keer dat hij het circuit opende of sloot, het uiteinde van de draad uit de container optilde of daar liet zakken, liet de magneet een geluid horen dat op een afstand van een meter te horen was. Page noemde het galvanische muziek en suggereerde dat het allemaal te maken had met de ‘moleculaire stoornis’ die in de magneet voorkomt. Page lanceerde een golf van onderzoek naar twee aspecten van deze ontdekking: de vreemde eigenschap van metalen materialen om van vorm te veranderen wanneer ze worden gemagnetiseerd, en de meer voor de hand liggende opwekking van geluid door elektriciteit.
Wij zijn vooral geïnteresseerd in twee onderzoeken. De eerste werd gedirigeerd door Johann Philipp Reis. Reis leerde wiskunde en wetenschappen aan schoolkinderen aan het Garnier Instituut in de buurt van Frankfurt, maar in zijn vrije tijd hield hij zich bezig met elektrisch onderzoek. Tegen die tijd hadden verschillende elektriciens al nieuwe versies van galvanische muziek gemaakt, maar Reis was de eerste die de alchemie van de tweerichtingsvertaling van geluid in elektriciteit beheerste en vice versa.
Reis realiseerde zich dat een middenrif, dat lijkt op een menselijk trommelvlies, bij trillingen een elektrisch circuit kan sluiten en openen. Het eerste prototype van het telefoontoestel, gebouwd in 1860, bestond uit een uit hout gesneden oor met een membraan van een varkensblaas eroverheen gespannen. Aan de onderkant van het membraan was een platina-elektrode bevestigd, die bij trillen het circuit met de batterij opende en sloot. De ontvanger was een draadspiraal die rond een breinaald was gewikkeld die aan een viool was bevestigd. Het lichaam van de viool versterkte de trillingen van de vormveranderende stylus terwijl deze afwisselend werd gemagnetiseerd en gedemagnetiseerd.
Laat model Reistelefoon
Reis kwam met veel verbeteringen aan het vroege prototype en ontdekte samen met andere onderzoekers dat als je er iets in zong of neuriede, het uitgezonden geluid herkenbaar bleef. Woorden waren moeilijker te onderscheiden, en vaak werden ze vervormd en onbegrijpelijk. Veel gesproken succesberichten gebruikten veelgebruikte zinnen zoals ‘goedemorgen’ en ‘hoe gaat het’ en waren gemakkelijk te raden. Het grootste probleem bleef dat de zender van Reis alleen het circuit opende en sloot, maar niet de geluidssterkte regelde. Als gevolg hiervan kon alleen een frequentie met een vaste amplitude worden verzonden, en deze kon niet alle subtiliteiten van de menselijke stem simuleren.
Reis was van mening dat zijn werk erkend moest worden door de wetenschap, maar heeft dit nooit bereikt. Het apparaat was een populaire nieuwsgierigheid onder de wetenschappelijke elite, en kopieën verschenen in de meeste centra van deze elite: in Parijs, Londen, Washington. Maar zijn wetenschappelijke werk werd afgewezen door het tijdschrift Annalen der Physik van professor Poggendorff, een van de oudste wetenschappelijke tijdschriften en het meest invloedrijke tijdschrift van die tijd. Race's pogingen om reclame te maken voor de telefoon bij kabelbedrijven mislukten ook. Hij leed aan tuberculose en zijn verergerende ziekte weerhield hem ervan verder serieus onderzoek te doen. Als gevolg hiervan nam de ziekte in 1873 zijn leven en ambities weg. En dit zal niet de laatste keer zijn dat deze ziekte de ontwikkeling van de geschiedenis van de telefoon zal belemmeren.
Terwijl Race zijn telefoon aan het verbeteren was, legde de laatste hand aan zijn baanbrekende studie van auditieve fysiologie: “De leer van auditieve sensaties als een fysiologische basis voor de muziektheorie” [Die Lehre von den Tonempfindungen als fysiologische Grundlage für die Theorie der Musik], gepubliceerd in 1862. Helmholtz, destijds hoogleraar aan de Universiteit van Heidelberg, was in de XNUMXe eeuw een wetenschapsreus, die zich bezighield met de fysiologie van het gezichtsvermogen, elektrodynamica, thermodynamica, enz.
Het werk van Helmholtz heeft slechts een korte relatie met onze geschiedenis, maar het zou jammer zijn als we het zouden missen. In The Doctrine of Auditory Sensations deed Helmholtz voor muziek wat Newton deed voor licht: hij liet zien hoe een ogenschijnlijk enkele sensatie in zijn samenstellende delen kan worden gedemonteerd. Hij bewees dat verschillen in timbres, van viool tot fagot, alleen voortkomen uit verschillen in de relatieve sterkte van hun boventonen (tonen met dubbele, drievoudige, enz. frequenties in relatie tot de basisnoot). Maar voor ons verhaal ligt het meest interessante aan zijn werk in het opmerkelijke hulpmiddel dat hij voor demonstratie ontwikkelde:
Helmholtz-synthesizervariant
Helmholtz bestelde het eerste apparaat bij de Keulse werkplaats. Simpel gezegd was het een synthesizer die geluiden kon produceren op basis van een compositie van eenvoudige tonen. Zijn meest verbazingwekkende vermogen was het onverklaarbare vermogen om klinkergeluiden te reproduceren die iedereen gewend was alleen uit de menselijke mond te horen.
De synthesizer werkte vanuit het kloppen van de hoofdstemvork, die trilde op de basisnoot, waardoor het circuit werd gesloten en geopend, waarbij een platinadraad in een bak met kwik werd ondergedompeld. Acht gemagnetiseerde stemvorken, elk trillend met een eigen boventoon, rustten tussen de uiteinden van een elektromagneet die op een circuit was aangesloten. Elke sluiting van het circuit zette de elektromagneten aan en hield de stemvorken in trillende toestand. Naast elke stemvork bevond zich een cilindrische resonator die het zoemen tot een hoorbaar niveau kon versterken. In de normale toestand was het deksel van de resonator gesloten en dempte het geluid van de stemvork. Als je het deksel opzij beweegt, kun je deze boventoon horen en zo het geluid van een trompet, piano of de klinkerletter ‘o’ ‘spelen’.
Dit apparaat zal een kleine rol spelen bij het creëren van een nieuw soort telefoon.
Harmonische telegraaf
Een van de lokmiddelen voor uitvinders uit de tweede helft van de 1870e eeuw was de multitelegraaf. Hoe meer telegraafsignalen in één draad konden worden gepropt, hoe groter de efficiëntie van het telegraafnetwerk. Aan het begin van de jaren zeventig van de negentiende eeuw waren er verschillende methoden voor duplextelegrafie (het tegelijkertijd verzenden van twee signalen in tegengestelde richtingen) bekend. Kort daarna verbeterde Thomas Edison ze door quadruplex te creëren, waarbij duplex en diplex werden gecombineerd (twee signalen tegelijkertijd in één richting verzonden), zodat draad vier keer efficiënter kon worden gebruikt.
Maar kan het aantal signalen nog verder worden vergroot? Een soort octoruplex organiseren, of zelfs meer? Het feit dat geluidsgolven konden worden omgezet in elektrische stroom en omgekeerd, bood een interessante mogelijkheid. Wat als we tonen met verschillende toonhoogtes zouden gebruiken om een akoestische, harmonische of, poëtisch gesproken, muzikale telegraaf te creëren? Als fysieke trillingen met verschillende frequenties zouden kunnen worden omgezet in elektrische trillingen en vervolgens weer in hun oorspronkelijke frequenties aan de andere kant zouden kunnen worden samengevoegd, dan zou het mogelijk zijn om veel signalen tegelijkertijd te verzenden zonder wederzijdse interferentie. Geluid zelf zou dan slechts een middel zijn om een doel te bereiken, een tussenmedium dat stromen vormt zodat er meerdere signalen in één draad kunnen bestaan. Voor de eenvoud zal ik dit concept harmonische telegraaf noemen, hoewel er destijds verschillende varianten van de termen werden gebruikt.
Dit was niet de enige manier om gemultiplexte signalen te creëren. In Frankrijk [waarnaar de eenheid van symbolische snelheid wordt genoemd - baud / ca. vert.] in 1874 bedacht hij een machine met een roterende verdeler die afwisselend signalen van verschillende telegraafzenders verzamelde. Tegenwoordig zouden we dit een multiplex noemen, gedeeld door tijd in plaats van door frequentie. Maar deze aanpak had een nadeel: het zou niet leiden tot het ontstaan van telefonie.
Tegen die tijd werd de Amerikaanse telegrafie gedomineerd door Western Union, dat in de jaren vijftig van de negentiende eeuw was opgericht in een poging de ongunstige concurrentie tussen een paar grote telegraafbedrijven uit te schakelen – een verklaring die gemakkelijk kon worden gebruikt om dergelijke fusies te rechtvaardigen vóór de komst van antitrustwetten. Een van de personages in ons verhaal beschreef het als 'waarschijnlijk het grootste bedrijf dat ooit heeft bestaan'. Omdat ze over duizenden kilometers aan kabels beschikte en enorme hoeveelheden geld uitgaf aan het bouwen en onderhouden van netwerken, volgde Western Union de ontwikkelingen op het gebied van multiplextelegrafie met grote belangstelling.
Een andere speler wachtte ook op doorbraken in de telegraafsector. , een advocaat en ondernemer uit Boston, was een van de belangrijkste voorstanders van het onder controle brengen van de Amerikaanse telegraaf onder de controle van de federale overheid. Hubbard geloofde dat telegrammen net zo goedkoop konden zijn als brieven, en was vastbesloten om wat hij zag als het 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 oprichten onder auspiciën van het postkantoor. Maar het resultaat zou hoogstwaarschijnlijk hetzelfde zijn geweest en Western Union zou deze business hebben verlaten. Tegen het midden van de jaren zeventig van de negentiende eeuw was de vooruitgang op het gebied van de wetgeving tot stilstand gekomen, maar Hubbard had er vertrouwen in dat de controle over het cruciale nieuwe telegraafoctrooi hem een voordeel zou kunnen opleveren bij het doordringen van zijn voorstel door het Congres.
Gardiner Green Hubbard
Er zijn twee unieke factoren in de Verenigde Staten: ten eerste de continentale schaal van Western Union. Geen enkele Europese telegraaforganisatie had zulke lange lijnen en daarom geen reden om multiplextelegrafie te ontwikkelen. Ten tweede is er de open kwestie van de controle van de overheid op de telegraaf. Het laatste Europese bolwerk was Groot-Brittannië, dat in 1870 de telegraaf nationaliseerde. Hierna waren er nergens anders meer over dan in de Verenigde Staten, waar het verleidelijke vooruitzicht op een technologische doorbraak en het ondermijnen van het monopolie opdoemde. Misschien daarom werd het meeste werk aan de harmonische telegraaf in de Verenigde Staten uitgevoerd.
Er waren hoofdzakelijk drie kanshebbers voor de prijs. Twee van hen waren al eerbiedwaardige uitvinders - и . De derde was een professor in retoriek en dovenleraar genaamd Bell.
Grijs
Elisha Gray groeide op op een boerderij in Ohio. Zoals veel van zijn tijdgenoten speelde hij als tiener met telegrafie, maar op 12-jarige leeftijd, toen zijn vader stierf, ging hij op zoek naar een beroep dat hem kon ondersteunen. Hij ging een tijdje in de leer als smid, daarna als scheepstimmerman, en op 22-jarige leeftijd leerde hij dat hij een opleiding kon volgen aan het Oberlin College terwijl hij nog steeds als timmerman werkte. Na vijf jaar studie stortte hij zich op een carrière als uitvinder op het gebied van telegrafie. Zijn eerste patent was een zelfinstellend relais, dat, door een tweede elektromagneet te gebruiken in plaats van een veer om het anker terug te sturen, de noodzaak elimineerde om de gevoeligheid van het relais aan te passen, afhankelijk van de stroomsterkte in het circuit.
Elisa Gray, ca. 1878
In 1870 was hij al partner in een bedrijf dat elektrische apparatuur produceerde en werkte daar als hoofdingenieur. In 1872 verhuisden hij en een partner het bedrijf naar Chicago en noemden het Western Electric Manufacturing Company. Western Electric werd al snel de belangrijkste leverancier van telegraafapparatuur aan Western Union. Het zal daardoor een merkbare stempel drukken op de geschiedenis van de telefonie.
Begin 1874 hoorde Gray een vreemd geluid uit zijn badkamer komen. Het klonk als het gehuil van een vibrerende rheotoom, maar dan veel sterker. De reotoom (letterlijk "stroomonderbreker") was een bekend elektrisch apparaat dat een metalen tong gebruikte om snel een circuit te openen en te sluiten. Toen Gray de badkamer in keek, zag hij zijn zoon in de ene hand een inductiespoel vasthouden die was verbonden met een reotoom, en met de andere hand over de zinkcoating van de badkuip wrijven, die op dezelfde frequentie zoemde. Gray, geïntrigeerd door de mogelijkheden, verliet zijn dagelijkse baan bij Western Electric om terug te keren naar het uitvinden. Tegen de zomer had hij een muzikale telegraaf met een volledig octaaf ontwikkeld, waarmee hij geluiden kon spelen op een diafragma gemaakt van een metalen bassin door op de toetsen van een toetsenbord te drukken.
Zender
Ontvanger
De muzikale telegraaf was een nieuwigheid zonder duidelijke commerciële waarde. Maar Gray realiseerde zich dat de mogelijkheid om geluiden van verschillende tonen via één draad over te brengen hem twee opties gaf. Met een zender met een ander ontwerp, die geluid uit de lucht kan oppikken, zou een spraaktelegraaf kunnen worden gemaakt. Met een andere ontvanger die het gecombineerde signaal in zijn componenten kon scheiden, was het mogelijk om harmonische telegrafie te maken, dat wil zeggen multiplextelegrafie op basis van geluid. Hij besloot zich te concentreren op de tweede optie, aangezien de telegraafindustrie duidelijke eisen had. Hij werd bevestigd in zijn keuze nadat hij hoorde over Race's telefoon, die een eenvoudig filosofisch speeltje leek te zijn.
Gray maakte de harmonische telegraafontvanger uit een stel elektromagneten gekoppeld aan metalen strips. Elke strip was afgestemd op een specifieke frequentie en klonk wanneer de overeenkomstige knop op de zender werd ingedrukt. De zender werkte volgens hetzelfde principe als de muziektelegraaf.
Gray verbeterde zijn apparaat de komende twee jaar en nam het mee naar de tentoonstelling. Officieel heette het evenement "". Het was de eerste wereldtentoonstelling die in de Verenigde Staten werd gehouden en viel samen met de viering van het honderdjarig bestaan van het land. "Honderdjarige tentoonstelling" Het vond plaats in Philadelphia in de zomer van 1876. Daar demonstreerde Gray een "octruplex" -verbinding (dat wil zeggen de verzending van acht berichten tegelijk) op een speciaal voorbereide telegraaflijn vanuit New York. Deze prestatie werd door de juryleden van de tentoonstelling zeer geprezen, maar werd al snel overschaduwd door een nog groter wonder.
Edison
, de president van Western Union, hoorde snel van Gray's vooruitgang, wat hem erg nerveus maakte. Als Gray slaagt, zal de situatie in het beste geval resulteren in zeer dure patentlicenties. In het slechtste geval zou het patent van Gray de basis worden voor de oprichting van een rivaliserend bedrijf dat de dominantie van Western Union zou uitdagen.
Dus in juli 1875 haalde Orton een troef uit zijn mouw: Thomas Edison. Edison groeide op met telegrafie, werkte een aantal jaren als telegraafoperator en werd vervolgens uitvinder. Zijn grootste triomf in die tijd was de quadruplexcommunicatie, die het jaar daarvoor met geld van Western Union tot stand was gebracht. Nu hoopte Orton dat hij zijn uitvinding zou verbeteren en zou overtreffen wat Gray had kunnen doen. Hij gaf Edison een beschrijving van Race's telefoon; Edison bestudeerde ook het werk van Helmholtz, dat onlangs in het Engels was vertaald.
Edison was op het hoogtepunt van zijn vorm en innovatieve ideeën stroomden uit hem als vonken uit een aambeeld. Het jaar daarop liet hij twee verschillende benaderingen van akoestische telegrafie zien - de eerste was vergelijkbaar met Gray's telegraaf, en gebruikte stemvorken of trillende rieten om de gewenste frequentie te creëren of te voelen. Edison slaagde er niet in een dergelijk apparaat op een acceptabel niveau te laten werken.
De tweede benadering, die hij de "akoestische zender" noemde, was compleet anders. In plaats van trillende tongen te gebruiken om verschillende frequenties uit te zenden, gebruikte hij ze om pulsen met verschillende intervallen uit te zenden. Het verdeelde het gebruik van de draad tussen zenders op tijd in plaats van op frequentie. Dit vereiste een perfecte synchronisatie van trillingen in elk ontvanger-zenderpaar, zodat de signalen elkaar niet overlappen. In augustus 1876 had hij een quadruplex die volgens dit principe werkte, hoewel het signaal op een afstand van meer dan 100 kilometer onbruikbaar werd. Hij had ook ideeën om de telefoon van Race te verbeteren, die hij tijdelijk terzijde legde.
En toen hoorde Edison over een sensatie gecreëerd op de Centennial Exposition in Philadelphia door een man genaamd Bell.
Klok
werd geboren in Edinburgh, Schotland, en groeide op in Londen onder de strikte leiding van zijn grootvader. Net als Gray en Edison toonde hij als jongen interesse in de telegraaf, maar trad daarna in de voetsporen van zijn vader en grootvader en koos menselijke spraak als zijn grootste passie. Zijn grootvader, Alexander, maakte naam op het podium en begon toen les te geven in spreken in het openbaar. Zijn vader, Alexander Melville, was ook leraar en ontwikkelde en publiceerde zelfs een fonetisch systeem, dat hij ‘zichtbare spraak’ noemde. De jongere Alexander (Alec, zoals hij in de familie werd genoemd), koos als zijn beroep het lesgeven aan doven.
Tegen het einde van de jaren zestig van de negentiende eeuw studeerde hij anatomie en fysiologie aan het University College London. Student Marie Eccleston studeerde bij hem, met wie hij van plan was te trouwen. Maar toen verliet hij zowel het leren als de liefde. Zijn twee broers stierven aan tuberculose, en Alecs vader eiste dat hij en zijn overgebleven familie naar de Nieuwe Wereld zouden emigreren om de gezondheid van zijn enige zoon te behouden. Bell gehoorzaamde, hoewel hij zich ertegen verzette en er een hekel aan had, en vertrok in 1860.
Na een korte hack in Ontario vond Alexander, gebruikmakend van de connecties van zijn vader, een baan als leraar op een dovenschool in Boston. Daar begonnen de draden van zijn toekomst te worden geweven.
Eerst had hij een leerling, Mabel Hubbard, die op vijfjarige leeftijd haar gehoor verloor door roodvonk. Bell bleef privéles geven, zelfs nadat hij hoogleraar vocale fysiologie en spreken in het openbaar was geworden aan de Boston University, en Mabel was een van zijn eerste studenten. Op het moment van de training was ze iets minder dan 16 jaar oud, tien jaar jonger dan Bell, en binnen een paar maanden was hij verliefd geworden op dit meisje. Op haar verhaal komen we later terug.
In 1872 hernieuwde Bell zijn interesse in telegrafie. Een paar jaar eerder, toen hij nog in Londen was, hoorde Bell over de experimenten van Helmholtz. Maar Bell begreep de prestatie van Helmholtz verkeerd, in de overtuiging dat hij niet alleen complexe geluiden creëerde, maar ook overbracht met behulp van elektriciteit. Dus raakte Bell geïnteresseerd in harmonische telegrafie: het gecombineerde gebruik van een draad met verschillende signalen die op verschillende frequenties worden uitgezonden. Misschien geïnspireerd door het nieuws dat Western Union het duplex-telegraafidee had overgenomen van mede-Bostoniër Joseph Stearns, heroverwoog Bell zijn ideeën en begon hij, net als Edison en Gray, te proberen ze uit te voeren.
Op een dag, tijdens een bezoek aan Mabel, raakte hij de tweede draad van zijn lot aan: staande naast de piano liet hij haar familie een truc zien die hij in zijn jeugd had geleerd. Als je een zuivere noot op de piano zingt, zal de bijbehorende snaar rinkelen en deze naar je terugspelen. Hij vertelde Mabels vader dat een afgestemd telegraafsignaal hetzelfde effect zou kunnen bereiken, en legde uit hoe het kon worden gebruikt in multiplextelegrafie. En Bell had geen luisteraar kunnen vinden die beter op zijn verhaal was afgestemd: hij resoneerde van vreugde en begreep onmiddellijk het hoofdidee: "er is één lucht voor iedereen, en er is maar één draad nodig", dat wil zeggen de golfvoortplanting van stroom in een draad kan in miniatuur de voortplanting in luchtgolven kopiëren die worden gegenereerd door complex geluid. Bell's luisteraar was Gardiner Hubbard.
telefoon
En nu wordt het verhaal erg verwarrend, dus ik ben bang om het geduld van de lezers op de proef te stellen. Ik zal proberen de belangrijkste trends te volgen zonder in details te verzanden.
Bell, gesteund door Hubbard en de vader van een andere van zijn studenten, werkte ijverig aan de harmonische telegraaf zonder zijn vorderingen openbaar te maken. Hij wisselde woedend werk af met periodes van rust als zijn gezondheid hem in de steek liet, terwijl hij probeerde zijn universitaire taken te vervullen, het systeem van zijn vader van 'zichtbare spraak' te promoten en als docent te werken. Hij heeft een nieuwe assistent aangenomen , een ervaren monteur uit de mechanische werkplaats van Charles Williams in Boston - mensen die geïnteresseerd waren in elektriciteit verzamelden zich daar. Hubbard spoorde Bell aan, en was niet verlegen om zelfs de hand van zijn dochter als stimulans te gebruiken, en weigerde haar uit te huwelijken totdat Bell zijn telegraaf verbeterde.
In de zomer van 1874, terwijl hij op vakantie was in de buurt van het ouderlijk huis in Ontario, kreeg Bell een openbaring. Verschillende gedachten die in zijn onderbewustzijn bestonden, versmolten tot één: de telefoon. Zijn gedachten werden niet in de laatste plaats beïnvloed - 's werelds eerste geluidsopnameapparaat dat geluidsgolven op rookglas schilderde. Dit overtuigde Bell ervan dat geluid van enige complexiteit kon worden gereduceerd tot de bewegingen van een punt in de ruimte, zoals de beweging van stroom door een draad. We zullen niet ingaan op de technische details, omdat ze niets te maken hebben met feitelijk gemaakte telefoons en de bruikbaarheid van hun gebruik twijfelachtig is. Maar ze brachten Bells denken in een nieuwe richting.
Conceptschets van de originele Bell-telefoon met "harmonischen" (is niet gebouwd)
Bell legde dit idee een tijdje opzij om, zoals zijn partners van hem verwachtten, het doel van het creëren van een harmonische telegraaf na te streven.
Maar hij werd al snel moe van de routine van het afstemmen van de instrumenten, en zijn hart, moe van de vele praktische obstakels die de weg van een werkend prototype naar een praktisch systeem in de weg stonden, werd steeds meer aangetrokken tot de telefoon. De menselijke stem was zijn eerste passie. In de zomer van 1875 ontdekte hij dat trillende rieten niet alleen snel een circuit konden sluiten en openen op de manier van een telegraafsleutel, maar ook een continue golfachtige stroom konden creëren terwijl ze in een magnetisch veld bewogen. Hij vertelde zijn idee van een telefoon aan Watson, en samen bouwden ze het eerste telefoonmodel op basis van dit principe: een diafragma dat trilde in het veld van een elektromagneet wekte een golfachtige stroom op in het magneetcircuit. Dit apparaat was in staat bepaalde gedempte stemgeluiden over te brengen. Hubbard was niet onder de indruk van het apparaat en gaf Bell de opdracht terug te keren naar de echte problemen.
Bell's rudimentaire galgentelefoon uit de zomer van 1875
Maar Bell overtuigde Hubbard en de andere partners er nog steeds van dat het idee gepatenteerd moest worden, omdat het gebruikt kon worden in multiplextelegrafie. En als u een patent aanvraagt, zal niemand u verbieden daarin de mogelijkheid te vermelden om het apparaat voor spraakcommunicatie te gebruiken. Vervolgens voegde Bell in januari een nieuw mechanisme voor het genereren van golfstroom toe aan het patentontwerp: variabele weerstand. Hij wilde een trillend diafragma, dat geluid ontving, verbinden met een platina-contact, neergelaten en omhoog gebracht uit een container met zuur, waarin zich nog een, stationair contact bevond. Toen het bewegende contact dieper zakte, kwam een groter oppervlak in contact met het zuur, waardoor de weerstand tegen de stroom die tussen de contacten vloeide verminderde - en omgekeerd.
Bell's schets van het concept van een vloeibare zender met variabele weerstand
Hubbard, die wist dat Gray Bell op de hielen zat, stuurde de huidige patentaanvraag op de ochtend van 14 februari naar het patentbureau, zonder op de definitieve bevestiging van Bell te wachten. En op de middag van dezelfde dag arriveerde Gray's advocaat met zijn patent. Het bevatte ook een voorstel om golfstroom te genereren met behulp van vloeibare variabele weerstand. Het vermeldde ook de mogelijkheid om de uitvinding te gebruiken voor zowel telegraaf- als spraaktransmissie. Maar hij was enkele uren te laat om zich met Bell's patent te bemoeien. Als de volgorde van binnenkomst anders was geweest, zou er een langdurige hoorzitting zijn geweest voordat een octrooi werd verleend. Als gevolg hiervan kreeg Bell op 7 maart patentnummer 174, ‘Verbeteringen in de telegrafie’, dat de hoeksteen legde voor de toekomstige dominantie van het Bell-systeem.
Maar dit dramatische verhaal is niet zonder ironie. Want op 14 februari 1876 hadden noch Bell noch Gray een werkend model van de telefoon gebouwd. Niemand heeft dit zelfs maar geprobeerd, behalve de korte poging van Bell afgelopen juli, waarbij er geen variabele weerstand was. Daarom moeten patenten niet worden gezien als mijlpalen in de geschiedenis van de technologie. Dit kritieke moment in de ontwikkeling van telefonie als zakelijke onderneming had weinig te maken met de telefoon als apparaat.
Pas na het indienen van het patent kregen Bell en Watson de kans om terug te keren naar de telefoon, ondanks Hubbards voortdurende eisen om verder te werken aan de multiplextelegraaf. Bell en Watson hebben maandenlang geprobeerd het idee van vloeibare variabele weerstand te laten werken, en een telefoon die op dit principe was gebouwd, werd gebruikt om de beroemde zin uit te zenden: "Meneer Watson, kom hier, ik wil je zien."
Maar de uitvinders hadden voortdurend problemen met de betrouwbaarheid van deze zenders. Dus begonnen Bell en Watson te werken aan nieuwe zenders die gebruik maakten van het magnetoprincipe waarmee ze in de zomer van 1875 hadden geëxperimenteerd: waarbij ze de beweging van een diafragma in een magnetisch veld gebruikten om direct een stroom op te wekken. De voordelen waren eenvoud en betrouwbaarheid. Het nadeel was dat de lage sterkte van het telefoonsignaal een gevolg was van de trillingen in de lucht die door de stem van de spreker werden veroorzaakt. Dit beperkte de effectieve werkafstand van de magnetozender. En in een apparaat met variabele weerstand moduleerde de stem de stroom die door de batterij werd opgewekt, en die kon zo sterk worden gemaakt als gewenst.
De nieuwe magneto's werkten veel beter dan die van afgelopen zomer, en Gardiner besloot dat er misschien toch iets aan het telefoonidee zat. Hij was onder meer lid van het Massachusetts Education and Science Exposition Committee voor de naderende Centennial Exposition. Hij gebruikte zijn invloed om Bell een plaats te bezorgen in een tentoonstelling en wedstrijd waar juryleden elektrische uitvindingen beoordeelden.
Bell/Watson magneetzender. Een trillend metalen diafragma D beweegt in het magnetische veld van een magneet H en wekt een stroom op in het circuit
Ontvanger
De juryleden kwamen onmiddellijk naar Bell nadat ze Gray's harmonische telegraaf hadden bestudeerd. Hij liet ze achter bij de ontvanger en ging naar een van de zenders die honderd meter verderop op de galerij stond. Bell's gesprekspartners waren verbaasd toen ze hem hoorden zingen en woorden uit een kleine metalen doos hoorden komen. Een van de juryleden was Bell's landgenoot (die later de titel Lord Kelvin kreeg). In vreugdevolle opwinding rende hij door de gang naar Bell om hem te vertellen dat hij zijn woorden had gehoord, en verklaarde later dat de telefoon ‘het meest verbazingwekkende was dat hij in Amerika had gezien’. Ook de keizer van Brazilië was aanwezig, die eerst de doos tegen zijn oor drukte en vervolgens uit zijn stoel opsprong en riep: “Ik hoor, ik hoor!”
De publiciteit die Bell op de tentoonstelling genereerde, bracht Edison ertoe zijn eerdere ideeën voor telefoontransmissie voort te zetten. Hij viel onmiddellijk het belangrijkste nadeel van Bell's apparaat aan: de zwakke magnetozender. Door zijn experimenten met quadruplex wist hij dat de weerstand van de steenkoolchips veranderde bij drukveranderingen. Na vele experimenten met verschillende configuraties ontwikkelde hij een zender met variabele weerstand die volgens dit principe werkte. In plaats van dat een contact in een vloeistof beweegt, comprimeerden de drukgolven van de stem van de spreker de koolstofknop, waardoor de weerstand ervan veranderde en daarmee de stroomsterkte in het circuit. Dit was veel betrouwbaarder en gemakkelijker te implementeren dan de vloeistofzenders die door Bell en Gray waren bedacht, en leverde een beslissende bijdrage aan het succes van de telefoon op de lange termijn.
Maar Bell was nog steeds de eerste die een telefoon maakte, ondanks de duidelijke voordelen op het gebied van ervaring en vaardigheden die zijn rivalen hadden. Hij was de eerste niet omdat hij een inzicht had dat anderen niet hadden bereikt - zij dachten ook aan de telefoon, maar zij vonden die onbeduidend vergeleken met de verbeterde telegraaf. Bell was de eerste omdat hij meer van de menselijke stem hield dan van de telegraaf, zo erg zelfs dat hij zich verzette tegen de wensen van zijn partners totdat hij de functionaliteit van zijn telefoon kon bewijzen.
Hoe zit het met de harmonische telegraaf, waaraan Gray, Edison en Bell zoveel moeite en aandacht hebben besteed? Tot nu toe is er niets gelukt. Het bleek erg moeilijk om de mechanische vibrators aan beide uiteinden van de draad perfect uitgelijnd te houden, en niemand wist hoe het gecombineerde signaal moest worden versterkt om over lange afstanden te kunnen werken. Pas tegen het midden van de XNUMXe eeuw, nadat de elektrische technologie, beginnend met radio, nauwkeurige frequentieafstemming en geluidsarme versterking mogelijk maakte, werd het idee om meerdere signalen te stapelen voor verzending op één enkele draad werkelijkheid.
Afscheid van Bel
Ondanks het succes van de telefoon op de tentoonstelling was Hubbard niet geïnteresseerd in het bouwen van een telefoonsysteem. De volgende winter stelde hij William Orton, president van Western Union, voor om alle rechten op de telefoon onder Bell's patent te kopen voor $ 100. Orton weigerde, onder invloed van een combinatie van afkeer van Hubbard en zijn posttelegraafprogramma's, zelfvertrouwen en Edisons werk aan de telefoon, en ook de overtuiging dat de telefoon, vergeleken met de telegraaf, heel weinig betekende. Andere pogingen om het telefoonidee te verkopen zijn mislukt, grotendeels als gevolg van de angst voor de enorme kosten van rechtszaken over patentrechten als deze op de markt worden gebracht. Daarom richtten Bell en zijn partners in juli 000 de Bell Telephone Company op om hun eigen telefoondienst te organiseren. Diezelfde maand trouwde Bell uiteindelijk met Mabel Gardiner in het huis van haar familie, en werd succesvol genoeg om de zegen van haar vader te winnen.
Alec met zijn vrouw Mabel en twee overlevende kinderen - zijn twee zonen stierven op jonge leeftijd (ca. 1885)
Het jaar daarop veranderde Orton van gedachten over de telefoon en richtte hij zijn eigen bedrijf op, de American Speaking Telephone Company, in de hoop dat de patenten van Edison, Gray en anderen het bedrijf zouden beschermen tegen de juridische aanvallen van Bell. Ze werd een dodelijke bedreiging voor Bell's belangen. Western Union had twee belangrijke voordelen. In de eerste plaats grote financiële middelen. Het bedrijf van Bell had geld nodig omdat het apparatuur aan zijn klanten verhuurde, wat vele maanden in beslag nam om zichzelf terug te betalen. Ten tweede: toegang tot de verbeterde zender van Edison. Iedereen die zijn zender vergeleek met het apparaat van Bell, kon niet anders dan de betere helderheid en het volume van de stem van eerstgenoemde opmerken. Het bedrijf van Bell had geen andere keuze dan zijn concurrent aan te klagen wegens patentinbreuk.
Als Western Union duidelijke rechten zou hebben op de enige hoogwaardige zender die beschikbaar is, zou het een sterke invloed hebben om tot een overeenkomst te komen. Maar het team van Bell ontdekte een eerder patent voor een soortgelijk apparaat, verkregen door een Duitse emigrant , en kocht het. Pas na vele jaren van juridische strijd kreeg het patent van Edison voorrang. Toen Western Union zag dat de procedure niet succesvol was, stemde ze er in november 1879 mee in om alle octrooirechten op de telefoon, apparatuur en het bestaande abonneebestand (55 mensen) over te dragen aan het bedrijf van Bell. In ruil daarvoor vroegen ze slechts 000% van de telefoonhuur voor de komende 20 jaar, en ook dat Bell uit de telegraafsector zou blijven.
The Bell Company verving de apparaten van Bell snel door verbeterde modellen, eerst gebaseerd op het patent van Berliner en vervolgens op patenten verkregen van Western Union. Tegen de tijd dat de rechtszaak eindigde, was Bell's voornaamste bezigheid het getuigen in octrooigeschillen, waarvan er genoeg waren. In 1881 was hij volledig met pensioen. Net als Morse, en in tegenstelling tot Edison, was hij geen schepper van systemen. Theodore Vail, een energieke manager die Gardiner bij de postdienst had weggelokt, nam de controle over het bedrijf over en leidde het naar een dominante positie in het land.
Aanvankelijk groeide het telefoonnetwerk heel anders dan het telegraafnetwerk. Deze laatste ontwikkelden zich met grote sprongen van het ene commerciële centrum naar het andere, waarbij ze 150 km per keer besloegen, op zoek gingen naar de hoogste concentraties waardevolle klanten en pas daarna het netwerk aanvulden met verbindingen naar kleinere lokale markten. Telefoonnetwerken groeiden als kristallen vanuit kleine groeipunten, vanuit een paar klanten die zich in onafhankelijke clusters in elke stad en het omliggende gebied bevonden, en gingen langzaam, gedurende tientallen jaren, op in regionale en nationale structuren.
Er waren twee obstakels voor grootschalige telefonie. Ten eerste was er het probleem van de afstand. Zelfs met versterkte zenders met variabele weerstand, gebaseerd op het idee van Edison, was het bereik van de telegraaf en de telefoon onvergelijkbaar. Het complexere telefoonsignaal was gevoeliger voor ruis, en de elektrische eigenschappen van fluctuerende stromen waren minder bekend dan die van de gelijkstroom die in de telegraaf werd gebruikt.
Ten tweede was er een communicatieprobleem. Bell's telefoon was een één-op-één-communicatieapparaat; het kon twee punten via één draad verbinden. Voor de telegraaf was dit geen probleem. Eén kantoor kan veel klanten bedienen, en berichten kunnen vanuit het centrale kantoor eenvoudig via een andere lijn worden gerouteerd. Maar er was geen gemakkelijke manier om een telefoongesprek over te brengen. Bij de eerste implementatie van de telefoon konden de derde en daaropvolgende mensen alleen verbinding maken met de twee mensen die praatten via wat later een ‘gekoppelde telefoon’ zou worden genoemd. Dat wil zeggen, als alle abonnee-apparaten op één lijn zouden zijn aangesloten, zou elk van hen met de anderen kunnen praten (of afluisteren).
Op het probleem van de afstand komen we te zijner tijd terug. IN We zullen ons verdiepen in het probleem van verbindingen en de gevolgen ervan, die een impact hadden op de ontwikkeling van relais.
Wat te lezen?
- Robert V. Bruce, Bell: Alexander Graham Bell en de verovering van eenzaamheid (1973)
- David A. Hounshell, “Elisha Gray en de telefoon: over de nadelen van een expert zijn”, Technologie en cultuur (1975).
- Paul Israël, Edison: A Life of Invention (1998)
- George B. Prescott, de sprekende telefoon, pratende fonograaf en andere nieuwigheden (1878)
Bron: www.habr.com