Inne artykuły z serii:
- Historia przekaźnika
- Historia komputerów elektronicznych
- Historia tranzystora
- Historia internetu
Telefon pojawił się przez przypadek. Jeśli Dzięki stuletnim badaniom nad możliwością przesyłania wiadomości za pomocą energii elektrycznej ludzie natknęli się na telefon w poszukiwaniu ulepszonego telegrafu. Dlatego dość łatwo jest wyznaczyć prawdopodobną, choć nie do końca pewną datę wynalezienia telefonu - rok 1876, setną rocznicę założenia Stanów Zjednoczonych.
I nie można powiedzieć, że telefon nie miał poprzedników. Od 1830 roku naukowcy poszukiwali sposobów zamiany dźwięku na energię elektryczną, a elektryczność na dźwięk.
Elektryczny dźwięk
W 1837 roku , lekarz i eksperymentator w dziedzinie elektromagnetyzmu z Massachusetts, natknął się na dziwne zjawisko. Umieścił izolowany drut spiralny pomiędzy końcami magnesu trwałego, a następnie umieścił każdy koniec drutu w pojemniku z rtęcią podłączonym do akumulatora. Za każdym razem, gdy otwierał lub zamykał obwód, podnosząc koniec drutu z pojemnika lub opuszczając go, magnes wydawał dźwięk słyszalny z odległości metra. Page nazwał to muzyką galwaniczną i zasugerował, że chodzi o „zaburzenie molekularne” występujące w magnesie. Page zapoczątkował falę badań nad dwoma aspektami tego odkrycia: dziwną właściwością materiałów metalicznych do zmiany kształtu pod wpływem namagnesowania oraz bardziej oczywistym wytwarzaniem dźwięku przez elektryczność.
Nas szczególnie interesują dwa badania. Pierwszą dyrygował Johann Philipp Reis. Reis uczył dzieci matematyki i przedmiotów ścisłych w Instytucie Garniera pod Frankfurtem, ale w wolnym czasie zajmował się badaniami nad elektryką. W tym czasie kilku elektryków stworzyło już nowe wersje muzyki galwanicznej, ale Reis jako pierwszy opanował alchemię dwukierunkowego przekształcania dźwięku w elektryczność i odwrotnie.
Reis zdał sobie sprawę, że membrana przypominająca ludzką błonę bębenkową może zamykać i otwierać obwód elektryczny podczas wibracji. Pierwszy prototyp urządzenia telefonicznego, zbudowany w 1860 roku, składał się z wyrzeźbionego z drewna ucha, na które naciągnięto membranę wykonaną ze świńskiego pęcherza. Do spodu membrany przymocowano platynową elektrodę, która wibrując otwierała i zamykała obwód z akumulatorem. Odbiornikiem była cewka z drutu owinięta wokół igły dziewiarskiej przymocowana do skrzypiec. Korpus skrzypiec wzmacniał wibracje zmieniającego kształt rysika, gdy był on na przemian namagnesowany i rozmagnesowany.
Późny model telefonu Reis
Reis wprowadził wiele ulepszeń do wczesnego prototypu i wraz z innymi eksperymentatorami odkrył, że jeśli coś zaśpiewa się lub zanuci, transmitowany dźwięk pozostaje rozpoznawalny. Słowa były trudniejsze do rozróżnienia, często stawały się zniekształcone i niezrozumiałe. Wiele głosowych komunikatów o powodzeniu zawierało popularne zwroty, takie jak „dzień dobry” i „jak się masz”, i były łatwe do odgadnięcia. Głównym problemem pozostawało to, że nadajnik Reisa jedynie otwierał i zamykał obwód, ale nie regulował siły dźwięku. W rezultacie można było przesyłać tylko częstotliwość o stałej amplitudzie, co nie mogło symulować wszystkich subtelności ludzkiego głosu.
Reis uważał, że jego praca powinna zostać doceniona przez naukę, ale nigdy tego nie osiągnął. Jego urządzenie było popularną ciekawostką wśród elity naukowej, a kopie pojawiały się w większości ośrodków tej elity: w Paryżu, Londynie, Waszyngtonie. Jednak jego praca naukowa została odrzucona przez czasopismo profesora Poggendorffa Annalen der Physik [Annals of Physics], jedno z najstarszych i najbardziej wpływowych czasopism naukowych tamtych czasów. Próby Race'a reklamowania telefonu w firmach zajmujących się telekomunikacją również nie powiodły się. Cierpiał na gruźlicę, a pogarszająca się choroba uniemożliwiła mu dalsze poważne badania. W rezultacie w 1873 roku choroba odebrała mu życie i ambicje. I to nie będzie ostatni raz, kiedy ta choroba przeszkodzi w rozwoju historii telefonu.
Podczas gdy Race ulepszał swój telefon, kończył swoje przełomowe studium fizjologii słuchowej: „Doktryna wrażeń słuchowych jako fizjologiczna podstawa teorii muzyki” [Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage für die Theorie der Musik], opublikowane w 1862 roku. Helmholtz, ówczesny profesor Uniwersytetu w Heidelbergu, był gigantem nauki XIX wieku, pracującym nad fizjologią wzroku, elektrodynamiką, termodynamiką itp.
Dzieło Helmholtza tylko w skrócie odnosi się do naszej historii, ale szkoda byłoby je przegapić. W Doktrynie wrażeń słuchowych Helmholtz zrobił dla muzyki to, co Newton zrobił dla światła – pokazał, jak pozornie pojedyncze wrażenie można rozłożyć na części składowe. Udowodnił, że różnice w barwach skrzypiec i fagotu wynikają jedynie z różnic w względnej sile ich alikwotów (tony o częstotliwościach podwójnych, potrójnych itp. w stosunku do nuty podstawowej). Ale w naszej historii najbardziej interesującą rzeczą w jego pracy jest niezwykłe narzędzie, które opracował do celów demonstracyjnych:
Wariant syntezatora Helmholtza
Helmholtz zamówił pierwsze urządzenie w warsztacie w Kolonii. Mówiąc najprościej, był to syntezator potrafiący wytwarzać dźwięki w oparciu o kompozycję prostych tonów. Jego najbardziej zdumiewającą zdolnością była niewytłumaczalna zdolność odtwarzania dźwięków samogłoskowych, do których wszyscy przywykli słysząc, pochodzących wyłącznie z ludzkich ust.
Syntezator działał na zasadzie bicia głównego kamertonu, który wibrował na tonie bazowym, zamykając i otwierając obwód, zanurzając platynowy drut w pojemniku z rtęcią. Osiem namagnesowanych kamertonów, każdy wibrujący własnym tonem, spoczywało pomiędzy końcami elektromagnesu połączonego z obwodem. Każde zamknięcie obwodu włączało elektromagnesy i utrzymywało kamertony w stanie wibracyjnym. Obok każdego kamertonu znajdował się cylindryczny rezonator, który był w stanie wzmocnić jego brzęczenie do słyszalnego poziomu. W stanie normalnym pokrywa rezonatora była zamknięta i tłumiła dźwięk kamertonu. Jeśli przesuniemy pokrywę na bok, usłyszymy ten alikwot, a co za tym idzie „zagramy” dźwięk trąbki, fortepianu lub samogłoskę „o”.
To urządzenie odegra niewielką rolę w tworzeniu nowego rodzaju telefonu.
Telegraf harmoniczny
Jedną z przynęt dla wynalazców drugiej połowy XIX wieku był multitelegraf. Im więcej sygnałów telegraficznych można upchnąć w jednym przewodzie, tym większa jest wydajność sieci telegraficznej. Na początku lat siedemdziesiątych XIX wieku znanych było kilka różnych metod telegrafii dupleksowej (wysyłającej jednocześnie dwa sygnały w przeciwnych kierunkach). Niedługo potem Thomas Edison ulepszył je, tworząc quadruplex, łączący duplex i dipleks (przesyłający dwa sygnały w jednym kierunku w tym samym czasie), dzięki czemu można było wykorzystać przewód czterokrotnie efektywniej.
Ale czy można jeszcze zwiększyć liczbę sygnałów? Zorganizować jakiś rodzaj octoruplexu, a nawet więcej? Ciekawą możliwością jest fakt, że fale dźwiękowe można przekształcić w prąd elektryczny i odwrotnie. Co by było, gdybyśmy użyli tonów o różnej wysokości do stworzenia telegrafu akustycznego, harmonicznego lub, mówiąc poetycko, muzycznego? Gdyby drgania fizyczne o różnych częstotliwościach można było przekształcić w wibracje elektryczne, a następnie złożyć po drugiej stronie w pierwotne częstotliwości, wówczas możliwe byłoby jednoczesne wysyłanie wielu sygnałów bez wzajemnych zakłóceń. Sam dźwięk byłby wówczas jedynie środkiem do celu, ośrodkiem pośrednim, który formuje prądy tak, że w jednym przewodzie może istnieć kilka sygnałów. Dla uproszczenia będę nazywał to pojęcie telegrafem harmonicznym, chociaż używano wówczas różnych odmian tego terminu.
Nie był to jedyny sposób tworzenia sygnałów multipleksowanych. We Francji [od którego pochodzi nazwa jednostki prędkości symbolicznej - bod / ok. tłum.] już w 1874 roku wymyślił maszynę z obrotowym rozdzielaczem, która naprzemiennie zbierała sygnały z kilku nadajników telegraficznych. Obecnie nazwalibyśmy to multipleksem podzielonym według czasu, a nie częstotliwości. Ale to podejście miało wadę - nie doprowadziłoby do powstania telefonii.
Do tego czasu telegrafia amerykańska była zdominowana przez firmę Western Union, która powstała w latach pięćdziesiątych XIX wieku w celu wyeliminowania niekorzystnej konkurencji między kilkoma dużymi firmami telegraficznymi – wyjaśnienie, które można było z łatwością zastosować do uzasadnienia takich fuzji przed pojawieniem się przepisów antymonopolowych. Jeden z bohaterów naszej historii określił ją jako „prawdopodobnie największą korporację, jaka kiedykolwiek istniała”. Dysponując tysiącami kilometrów przewodów i wydając ogromne sumy pieniędzy na budowę i utrzymanie sieci, firma Western Union z wielkim zainteresowaniem śledziła rozwój sytuacji w dziedzinie telegrafii multipleksowej.
Na przełomy w branży telegraficznej czekał także inny gracz. , bostoński prawnik i przedsiębiorca, był jednym z czołowych zwolenników poddania amerykańskiego telegrafu kontroli rządu federalnego. Hubbard wierzył, że telegramy mogą być tak samo tanie jak listy, i był zdeterminowany podważyć to, co uważał za cyniczny i wymuszenia monopolu Western Union. Projekt ustawy Hubbarda nie przewidywał całkowitej nacjonalizacji istniejących firm telegraficznych, jak to zrobiły prawie wszystkie mocarstwa europejskie, ale ustanowiłby sponsorowaną przez rząd usługę telegraficzną pod auspicjami Departamentu Poczty. Jednak wynik najprawdopodobniej byłby taki sam, a Western Union opuściłby tę firmę. W połowie lat siedemdziesiątych XIX wieku postęp w zakresie ustawodawstwa utknął w martwym punkcie, ale Hubbard był przekonany, że kontrola nad kluczowym nowym patentem telegraficznym może dać mu przewagę w przeforsowaniu swojej propozycji przez Kongres.
Gardinera Greena Hubbarda
W Stanach Zjednoczonych istnieją dwa wyjątkowe czynniki: po pierwsze, kontynentalna skala Western Union. Żadna europejska organizacja telegraficzna nie miała tak długich linii, a zatem nie było powodu rozwijać telegrafii multipleksowej. Po drugie, otwarta jest kwestia kontroli rządu nad telegrafem. Ostatnim europejskim bastionem była Wielka Brytania, która znacjonalizowała telegraf w 1870 roku. Potem nie było już żadnych miejsc poza Stanami Zjednoczonymi, gdzie pojawiła się kusząca perspektywa dokonania przełomu technologicznego i osłabienia monopolu. Być może z tego powodu większość prac nad telegrafem harmonicznym przeprowadzono w Stanach Zjednoczonych.
O nagrodę ubiegało się głównie trzech kandydatów. Dwóch z nich było już czcigodnymi wynalazcami - и . Trzecim był profesor retoryki i nauczyciel głuchoniemych, imieniem Bell.
Szary
Elisha Gray dorastała na farmie w Ohio. Jak wielu jego rówieśników, jako nastolatek zajmował się telegrafią, ale w wieku 12 lat, po śmierci ojca, zaczął szukać zajęcia, które mogłoby mu pomóc. Przez pewien czas odbywał praktykę jako kowal, następnie jako cieśla okrętowy, a w wieku 22 lat dowiedział się, że może zdobyć wykształcenie w Oberlin College, nadal pracując jako stolarz. Po pięciu latach studiów pogrążył się w karierze wynalazcy w dziedzinie telegrafii. Jego pierwszym patentem był przekaźnik samonastawny, który dzięki zastosowaniu drugiego elektromagnesu zamiast sprężyny do cofania twornika eliminował potrzebę regulacji czułości przekaźnika w zależności od natężenia prądu w obwodzie.
Elizeusz Gray, ok. 1878
Już w roku 1870 był wspólnikiem w firmie produkującej sprzęt elektryczny, w której pracował jako główny inżynier. W 1872 roku wraz ze wspólnikiem przeniósł firmę do Chicago i zmienił jej nazwę na Western Electric Manufacturing Company. Firma Western Electric wkrótce stała się głównym dostawcą sprzętu telegraficznego dla Western Union. W rezultacie pozostawi zauważalny ślad w historii telefonii.
Na początku 1874 roku Gray usłyszał dziwny dźwięk dochodzący ze swojej łazienki. Brzmiało to jak wycie wibrującego reotomu, tyle że znacznie silniejsze. Reotome (dosłownie „łamacz strumienia”) był dobrze znanym urządzeniem elektrycznym, które wykorzystywało metalowy języczek do szybkiego otwierania i zamykania obwodu. Zaglądając do łazienki, Gray zobaczył, jak jego syn trzyma w jednej ręce cewkę indukcyjną podłączoną do reotomu, a drugą ręką pociera cynkową powłokę wanny, która szumi z tą samą częstotliwością. Gray, zaintrygowany możliwościami, odszedł ze swojej codziennej pracy w Western Electric i wrócił do wynalazczości. Latem opracował pełnooktawowy telegraf muzyczny, za pomocą którego mógł odtwarzać dźwięki na membranie wykonanej z metalowej misy, naciskając klawisze klawiatury.
Nadajnik
Odbiorca
Telegraf muzyczny był nowością bez oczywistej wartości komercyjnej. Gray zdał sobie jednak sprawę, że możliwość przesyłania dźwięków o różnych tonach jednym przewodem daje mu dwie możliwości. Mając nadajnik o innej konstrukcji, zdolny do odbierania dźwięku z powietrza, można by stworzyć telegraf głosowy. Dzięki drugiemu odbiornikowi, który potrafił rozdzielić złożony sygnał na składowe, możliwe było wykonanie telegrafii harmonicznej, czyli telegrafii multipleksowej opartej na dźwięku. Postanowił skoncentrować się na drugiej opcji, ponieważ przemysł telegraficzny miał oczywiste wymagania. Utwierdził się w swoim wyborze, gdy dowiedział się o telefonie Race'a, który wydawał się prostą filozoficzną zabawką.
Gray wykonał harmoniczny odbiornik telegraficzny z zestawu elektromagnesów połączonych z metalowymi paskami. Każdy pasek był dostrojony do określonej częstotliwości i wydawał dźwięk po naciśnięciu odpowiedniego przycisku na nadajniku. Nadajnik działał na tej samej zasadzie co telegraf muzyczny.
Gray przez kolejne dwa lata udoskonalał swoje urządzenie i zabrał je na wystawę. Oficjalnie wydarzenie nazywało się „„. Były to pierwsze targi światowe, które odbyły się w Stanach Zjednoczonych i zbiegły się z obchodami stulecia państwa, dlatego też odbywały się na nich tzw. „Wystawa Stulecia” Miało to miejsce w Filadelfii latem 1876 roku. Tam Gray zademonstrował połączenie „octruplex” (czyli transmisję ośmiu wiadomości jednocześnie) na specjalnie przygotowanej linii telegraficznej z Nowego Jorku. To osiągnięcie zostało bardzo docenione przez jurorów wystawy, ale wkrótce zostało przyćmione przez jeszcze większy cud.
Edison
, prezes Western Union, szybko dowiedział się o postępach Graya, co bardzo go zdenerwowało. W najlepszym wypadku, jeśli Grayowi się to uda, sytuacja doprowadzi do bardzo kosztownych licencji patentowych. W najgorszym przypadku patent Graya stałby się podstawą do stworzenia konkurencyjnej firmy, która rzuciłaby wyzwanie dominacji Western Union.
Tak więc w lipcu 1875 roku Orton wyciągnął asa w rękawie: Thomasa Edisona. Edison dorastał w otoczeniu telegrafii, spędził kilka lat jako operator telegrafu, a następnie został wynalazcą. Jego największym triumfem w tym czasie była komunikacja quadruplex, stworzona rok wcześniej za pieniądze Western Union. Teraz Orton miał nadzieję, że ulepszy swój wynalazek i przewyższy to, czego udało mu się dokonać Gray. Dostarczył Edisonowi opis telefonu Race'a; Edison studiował także prace Helmholtza, które niedawno zostały przetłumaczone na język angielski.
Edison był u szczytu swojej formy, a nowatorskie pomysły płynęły od niego jak iskry z kowadła. W następnym roku pokazał dwa różne podejścia do telegrafii akustycznej - pierwsze było podobne do telegrafu Graya i wykorzystywało kamertony lub wibrujące stroiki do tworzenia lub wyczuwania pożądanej częstotliwości. Edisonowi nie udało się sprawić, aby takie urządzenie działało na akceptowalnym poziomie.
Drugie podejście, które nazwał „przekaźnikiem akustycznym”, było zupełnie inne. Zamiast używać wibrujących stroików do przesyłania różnych częstotliwości, używał ich do przesyłania impulsów w różnych odstępach czasu. Podzielił użycie drutu między nadajnikami według czasu, a nie częstotliwości. Wymagało to idealnej synchronizacji drgań w każdej parze odbiornik-nadajnik, tak aby sygnały nie nakładały się na siebie. Do sierpnia 1876 roku miał już kwadrupleks pracujący na tej zasadzie, chociaż w odległości ponad 100 km sygnał stał się bezużyteczny. Miał też pomysły na ulepszenie telefonu Race'a, które chwilowo odłożył na bok.
I wtedy Edison usłyszał o sensacji, jaką wywołał na Wystawie Stulecia w Filadelfii niejaki Bell.
Dzwonek
urodził się w Edynburgu w Szkocji i dorastał w Londynie pod ścisłym okiem swojego dziadka. Podobnie jak Gray i Edison, jako chłopiec interesował się telegrafem, ale potem poszedł w ślady ojca i dziadka, uznając ludzką mowę za swoją główną pasję. Jego dziadek Aleksander zasłynął na scenie, a następnie zaczął uczyć wystąpień publicznych. Jego ojciec, Alexander Melville, również był nauczycielem, a nawet opracował i opublikował system fonetyczny, który nazwał „mową widzialną”. Młodszy Aleksander (Alec, jak go nazywano w rodzinie) jako zawód wybrał nauczanie mowy dla niesłyszących.
Pod koniec lat sześćdziesiątych XIX wieku studiował anatomię i fizjologię na University College London. U niego studiowała studentka Marie Eccleston, którą planował poślubić. Ale potem porzucił zarówno naukę, jak i miłość. Jego dwaj bracia zmarli na gruźlicę, a ojciec Aleca zażądał, aby on i jego pozostała rodzina wyemigrowali do Nowego Świata, aby chronić zdrowie jedynego syna. Bell zastosował się, chociaż stawiał opór i miał mu to za złe, i wypłynął w 1860 roku.
Po krótkim włamaniu do Ontario Aleksander, korzystając ze znajomości ojca, znalazł pracę jako nauczyciel w szkole dla głuchoniemych w Bostonie. Tam zaczęły się tkać nici jego przyszłości.
Najpierw miał uczennicę Mabel Hubbard, która w wieku pięciu lat straciła słuch z powodu szkarlatyny. Bell nadal udzielał korepetycji prywatnie nawet po tym, jak został profesorem fizjologii głosu i wystąpień publicznych na Uniwersytecie Bostońskim, a Mabel była jedną z jego pierwszych studentek. W czasie szkolenia miała niecałe 16 lat, dziesięć lat młodsza od Bella, a on w ciągu kilku miesięcy zakochał się w tej dziewczynie. Do jej historii wrócimy później.
W 1872 roku Bell ponownie zainteresował się telegrafią. Kilka lat wcześniej, będąc jeszcze w Londynie, Bell dowiedział się o eksperymentach Helmholtza. Ale Bell błędnie zrozumiał osiągnięcie Helmholtza, wierząc, że nie tylko tworzył, ale także przesyłał złożone dźwięki za pomocą elektryczności. Dlatego Bell zainteresował się telegrafią harmoniczną - połączeniem drutu z kilkoma sygnałami przesyłanymi na kilku częstotliwościach. Być może zainspirowany wiadomością, że Western Union przejął pomysł telegrafu dupleksowego od innego mieszkańca Bostonu, Josepha Stearnsa, Bell ponownie rozważył swoje pomysły i podobnie jak Edison i Gray zaczął próbować je wdrożyć.
Pewnego dnia, odwiedzając Mabel, dotknął drugiej nitki swojego przeznaczenia – stojąc obok fortepianu, pokazał jej rodzinie sztuczkę, której nauczył się w młodości. Jeśli zaśpiewasz czystą nutę na pianinie, odpowiednia struna zadzwoni i odtworzy ją. Powiedział ojcu Mabel, że dostrojony sygnał telegraficzny może osiągnąć ten sam efekt i wyjaśnił, jak można go wykorzystać w telegrafii multipleksowej. A Bell nie mógł znaleźć słuchacza lepiej wstrojonego w jego historię: zadrżał z radości i od razu zrozumiał główną ideę: „dla każdego jest jedno powietrze i potrzebny jest tylko jeden przewód”, czyli propagacja fali prądu w drut może w miniaturze kopiować propagację fal powietrznych generowanych przez złożony dźwięk. Słuchaczem Bella był Gardiner Hubbard.
telefon
A teraz historia robi się bardzo zagmatwana, więc boję się wystawić na próbę cierpliwość czytelników. Postaram się prześledzić główne trendy, nie wdając się w szczegóły.
Bell, wspierany przez Hubbarda i ojca innego ze swoich uczniów, pilnie pracował nad telegrafem harmonicznym, nie publikując swoich postępów. Gdy zawodziło zdrowie, przeplatał wściekłą pracę z okresami odpoczynku, starając się jednocześnie wypełniać obowiązki uniwersyteckie, promować ojcowski system „widzialnej mowy” i pracować jako nauczyciel. Zatrudnił nowego asystenta , doświadczony mechanik z bostońskiego warsztatu mechanicznego Charlesa Williamsa - gromadzili się tam ludzie zainteresowani elektrycznością. Hubbard namawiał Bella i nie wahał się nawet użyć ręki swojej córki jako zachęty, odmawiając wydania jej za mąż, dopóki Bell nie poprawi swojego telegrafu.
Latem 1874 roku, podczas wakacji w pobliżu domu rodzinnego w Ontario, Bell doznał objawienia. Kilka myśli, które istniały w jego podświadomości, połączyły się w jedną - telefon. Wpływ miał nie tylko na jego myśli - pierwsze na świecie urządzenie rejestrujące dźwięk, które malowało fale dźwiękowe na przydymionym szkle. To przekonało Bella, że dźwięk o dowolnej złożoności można zredukować do ruchu punktu w przestrzeni, na przykład ruchu prądu w przewodzie. Nie będziemy się rozwodzić nad szczegółami technicznymi, bo nie mają one nic wspólnego z faktycznie tworzonymi telefonami, a praktyczność ich użycia stoi pod znakiem zapytania. Ale skierowali myślenie Bella w nowy kierunek.
Szkic koncepcyjny oryginalnego telefonu Bell z „harmonicznymi” (nie został zbudowany)
Bell odłożył na chwilę ten pomysł, aby zgodnie z oczekiwaniami swoich partnerów dążyć do celu, jakim jest stworzenie telegrafu harmonicznego.
Ale szybko znudziła mu się rutyna dostrajania instrumentów, a jego serce, zmęczone wieloma praktycznymi przeszkodami stojącymi na drodze działającego prototypu do praktycznego systemu, coraz bardziej ciągnęło w stronę telefonu. Ludzki głos był jego pierwszą pasją. Latem 1875 roku odkrył, że wibrujące stroiki mogą nie tylko szybko zamykać i otwierać obwód na wzór klucza telegraficznego, ale także wytwarzać ciągły prąd przypominający falę, gdy poruszają się w polu magnetycznym. Swój pomysł na telefon opowiedział Watsonowi i wspólnie zbudowali na tej zasadzie pierwszy model telefonu - membrana wibrująca w polu elektromagnesu wzbudzała prąd falowy w obwodzie magnesu. To urządzenie było w stanie przesyłać pewne stłumione dźwięki głosowe. Hubbard nie był pod wrażeniem urządzenia i nakazał Bellowi wrócić do prawdziwych problemów.
Szczątkowy telefon na szubienicy Bella z lata 1875 roku
Jednak Bell nadal przekonał Hubbarda i innych partnerów, że pomysł powinien zostać opatentowany, ponieważ można go zastosować w telegrafii multipleksowej. A jeśli złożysz wniosek o patent, nikt nie zabroni Ci wspomnieć w nim o możliwości wykorzystania urządzenia do komunikacji głosowej. Następnie w styczniu Bell dodał do projektu patentu nowy mechanizm generowania prądu falowego: zmienny opór. Chciał połączyć wibrującą membranę, która odbierała dźwięk, ze stykiem platynowym, opuszczanym i podnoszonym z pojemnika z kwasem, w którym znajdował się drugi, nieruchomy styk. Kiedy ruchomy styk zagłębiał się głębiej, większa powierzchnia stykała się z kwasem, co zmniejszało opór prądu płynącego pomiędzy stykami – i odwrotnie.
Szkic Bella przedstawiający koncepcję przetwornika cieczy o zmiennej rezystancji
Hubbard, świadomy, że Gray depta Bellowi po piętach, wysłał aktualny wniosek patentowy do urzędu patentowego rankiem 14 lutego, nie czekając na ostateczne potwierdzenie ze strony Bella. Po południu tego samego dnia przybył prawnik Graya ze swoim patentem. Zawierała także propozycję generowania prądu falowego za pomocą cieczy o zmiennym oporze. Wspomniano także o możliwości wykorzystania wynalazku zarówno do transmisji telegraficznej, jak i głosowej. Spóźnił się jednak o kilka godzin, aby ingerować w patent Bella. Gdyby kolejność przybycia była inna, przed przyznaniem patentu odbyłaby się długa rozprawa w sprawie pierwszeństwa. W rezultacie 7 marca firmie Bell przyznano patent nr 174 465 „Ulepszenia telegrafii”, który położył kamień węgielny pod przyszłą dominację systemu Bell.
Ale ta dramatyczna historia nie jest pozbawiona ironii. 14 lutego 1876 roku ani Bell, ani Gray nie zbudowali działającego modelu telefonu. Nikt nawet tego nie próbował, z wyjątkiem krótkiej próby Bella w lipcu ubiegłego roku, podczas której nie było zmiennego oporu. Dlatego patentów nie należy postrzegać jako kamieni milowych w historii technologii. Ten krytyczny moment w rozwoju telefonii jako przedsiębiorstwa biznesowego miał niewiele wspólnego z telefonem jako urządzeniem.
Dopiero po złożeniu patentu Bell i Watson mieli możliwość powrotu do telefonu, pomimo ciągłych żądań Hubbarda dotyczących kontynuowania prac nad telegrafem multipleksowym. Bell i Watson spędzili kilka miesięcy próbując wprowadzić w życie pomysł ze zmiennym oporem cieczy, a telefon zbudowany na tej zasadzie posłużył do przesłania słynnego wyrażenia: „Panie Watsonie, proszę tu przyjść, chcę się z panem zobaczyć”.
Ale wynalazcy stale mieli problemy z niezawodnością tych nadajników. Dlatego Bell i Watson rozpoczęli pracę nad nowymi nadajnikami, wykorzystując zasadę magneto, z którą eksperymentowali latem 1875 roku – wykorzystując ruch membrany w polu magnetycznym do bezpośredniego wzbudzenia prądu. Zaletami były prostota i niezawodność. Wadą było to, że niska siła sygnału telefonicznego była konsekwencją wibracji powietrza wytwarzanych przez głos mówiącego. Ograniczało to efektywną odległość działania nadajnika magneto. Natomiast w urządzeniu o zmiennym oporze głos modulował prąd wytwarzany przez akumulator, który można było dowolnie regulować.
Nowe iskrowniki działały znacznie lepiej niż te z zeszłego lata i Gardiner zdecydował, że jednak pomysł z telefonem może mieć coś w sobie. Zasiadał między innymi w Komitecie ds. Wystaw Edukacji i Nauki stanu Massachusetts podczas zbliżającej się Wystawy Stulecia. Wykorzystał swoje wpływy, aby zapewnić Bellowi miejsce na wystawie i konkursie, podczas którego sędziowie oceniali wynalazki elektryczne.
Nadajnik magneto Bell/Watson. Wibrująca metalowa membrana D porusza się w polu magnetycznym magnesu H i wzbudza prąd w obwodzie
Odbiorca
Sędziowie przybyli do Bella natychmiast po przestudiowaniu telegrafu harmonicznego Graya. Zostawił je przy odbiorniku i udał się do jednego z nadajników, sto metrów dalej, wzdłuż galerii. Rozmówcy Bella byli zdumieni, słysząc jego śpiew i słowa wydobywające się z małego metalowego pudełka. Jednym z sędziów był Szkot, kolega Bella (któremu później nadano tytuł Lorda Kelvina). W radosnym podnieceniu pobiegł przez korytarz do Bella, aby powiedzieć mu, że usłyszał jego słowa, a później oświadczył, że telefon jest „najbardziej niesamowitą rzeczą, jaką widział w Ameryce”. Obecny był także cesarz Brazylii, który najpierw przyłożył pudło do ucha, a potem poderwał się z krzesła, krzycząc: „Słyszę, słyszę!”
Rozgłos, jaki Bell wywołał na wystawie, skłonił Edisona do kontynuowania swoich wcześniejszych pomysłów na transmisję telefoniczną. Natychmiast zaatakował główną wadę urządzenia Bella – słaby nadajnik magneto. Z eksperymentów z quadrupleksem wiedział, że opór wiórów węglowych zmienia się wraz ze zmianami ciśnienia. Po wielu eksperymentach z różnymi konfiguracjami opracował przetwornik o zmiennej rezystancji działający na tej zasadzie. Zamiast styku poruszającego się w cieczy, fale ciśnienia głosu mówiącego ściskały węglowy „przycisk”, zmieniając jego opór, a co za tym idzie – natężenie prądu w obwodzie. Było to znacznie bardziej niezawodne i łatwiejsze do wdrożenia niż nadajniki cieczy wymyślone przez Bella i Graya i w decydujący sposób przyczyniło się do długoterminowego sukcesu telefonu.
Ale Bell nadal był pierwszym, który wyprodukował telefon, pomimo oczywistej przewagi w doświadczeniu i umiejętnościach, jakie posiadali jego rywale. Był pierwszy nie dlatego, że miał wgląd, do którego inni nie dotarli – oni też myśleli o telefonie, ale uważali go za nieistotny w porównaniu z ulepszonym telegrafem. Bell był pierwszy, ponieważ bardziej lubił ludzki głos niż telegraf, do tego stopnia, że opierał się życzeniom swoich partnerów, dopóki nie mógł udowodnić funkcjonalności swojego telefonu.
A co z telegrafem harmonicznym, nad którym Gray, Edison i Bell włożyli tyle wysiłku i myśli? Jak dotąd nic nie wyszło. Utrzymanie wibratorów mechanicznych na obu końcach drutu w idealnym ustawieniu okazało się bardzo trudne i nikt nie wiedział, jak wzmocnić połączony sygnał, aby działał na duże odległości. Dopiero w połowie XX wieku, gdy technologia elektryczna zapoczątkowana radiem umożliwiła precyzyjne dostrajanie częstotliwości i wzmacnianie przy niskim poziomie szumów, pomysł ułożenia wielu sygnałów w celu transmisji na jednym przewodzie stał się rzeczywistością.
Pożegnanie z Bellem
Pomimo sukcesu telefonu na wystawie Hubbard nie był zainteresowany budową systemu telefonicznego. Następnej zimy zaproponował Williamowi Ortonowi, prezesowi Western Union, zakup wszystkich praw do telefonu na podstawie patentu Bella za 100 000 dolarów. Orton odmówił, pod wpływem połączenia niechęci do Hubbarda i jego programów telegrafu pocztowego, pewności siebie i Praca Edisona przy telefonie, a także przekonanie, że telefon w porównaniu z telegrafem znaczy bardzo niewiele. Inne próby sprzedaży pomysłu na telefon nie powiodły się, głównie ze względu na obawy przed ogromnymi kosztami sporów dotyczących praw patentowych w przypadku komercjalizacji. Dlatego w lipcu 1877 roku Bell i jego partnerzy założyli firmę Bell Telephone Company, aby zorganizować własną usługę telefoniczną. W tym samym miesiącu Bell w końcu poślubił Mabel Gardiner w jej rodzinnym domu, odnosząc sukces na tyle, że zdobył błogosławieństwo ojca.
Alec z żoną Mabel i dwójką ocalałych dzieci - jego dwaj synowie zmarli w niemowlęctwie (ok. 1885)
W następnym roku Orton zmienił zdanie na temat telefonu i założył własną firmę, American Speaking Telephone Company, mając nadzieję, że patenty Edisona, Graya i innych uchronią firmę przed atakami prawnymi Bella. Stała się śmiertelnym zagrożeniem dla interesów Bella. Western Union miał dwie główne zalety. Po pierwsze duże zasoby finansowe. Firma Bella potrzebowała pieniędzy, ponieważ wynajmowała swoim klientom sprzęt, a jej zwrot trwał wiele miesięcy. Po drugie, dostęp do ulepszonego nadajnika Edisona. Każdy, kto porównywał swój nadajnik z urządzeniem Bella, nie mógł nie zauważyć lepszej przejrzystości i głośności głosu tego pierwszego. Firma Bella nie miała innego wyjścia, jak tylko pozwać swojego konkurenta za naruszenie patentu.
Gdyby firma Western Union miała jasne prawa do jedynego dostępnego nadajnika wysokiej jakości, miałaby silną siłę nacisku, aby osiągnąć porozumienie. Jednak zespół Bella odkrył wcześniejszy patent na podobne urządzenie, uzyskany przez niemieckiego emigranta i kupiłem. Dopiero po wielu latach batalii prawnych przyznano priorytet patentowi Edisona. Widząc, że postępowanie zakończyło się niepowodzeniem, w listopadzie 1879 roku Western Union zgodził się przenieść na firmę Bella wszelkie prawa patentowe do telefonu, sprzętu i istniejącej bazy abonentów (55 000 osób). W zamian poprosili o jedynie 20% czynszów telefonicznych na następne 17 lat, a także o to, aby Bell trzymał się z dala od branży telegraficznej.
Firma Bell szybko wymieniła urządzenia Bella na ulepszone modele, oparte najpierw na patencie Berlinera, a następnie na patentach uzyskanych od Western Union. Do czasu zakończenia sporu głównym zajęciem Bella było składanie zeznań w sporach patentowych, których było mnóstwo. W 1881 roku przeszedł całkowicie na emeryturę. Podobnie jak Morse i w przeciwieństwie do Edisona nie był twórcą systemów. Theodore Vail, energiczny menadżer, którego Gardiner odciągnął od poczty, przejął kontrolę nad firmą i doprowadził ją do dominującej pozycji w kraju.
Początkowo sieć telefoniczna rozwijała się zupełnie inaczej niż sieć telegraficzna. Ta ostatnia rozwijała się skokowo od jednego ośrodka handlowego do drugiego, pokonując za każdym razem 150 km, wyszukując największe skupiska wartościowych klientów, a dopiero potem uzupełniając sieć połączeniami z mniejszymi rynkami lokalnymi. Sieci telefoniczne rosły niczym kryształy z małych punktów wzrostu, od kilku klientów zlokalizowanych w niezależnych klastrach w każdym mieście i okolicy, by powoli, przez dziesięciolecia, łączyć się w struktury regionalne i krajowe.
Telefonia na dużą skalę napotykała dwie przeszkody. Po pierwsze, pojawił się problem odległości. Nawet przy wzmocnionych nadajnikach o zmiennej rezystancji, opartych na pomyśle Edisona, zasięg działania telegrafu i telefonu był nieporównywalny. Bardziej złożony sygnał telefoniczny był bardziej podatny na zakłócenia, a właściwości elektryczne prądów zmiennych były mniej znane niż właściwości prądu stałego stosowanego w telegrafie.
Po drugie, pojawił się problem z komunikacją. Telefon Bella był urządzeniem do komunikacji jeden na jeden; mógł połączyć dwa punkty jednym przewodem. Dla telegrafu nie stanowiło to problemu. Jedno biuro mogło obsługiwać wielu klientów, a wiadomości można było łatwo kierować z biura centralnego inną linią. Nie było jednak łatwego sposobu przekazania rozmowy telefonicznej. W pierwszym wdrożeniu telefonu trzecia i kolejne osoby mogły łączyć się jedynie z dwiema osobami rozmawiającymi za pośrednictwem czegoś, co później nazwano „sparowanym telefonem”. Oznacza to, że gdyby wszystkie urządzenia abonenckie były podłączone do jednej linii, wówczas każde z nich mogłoby rozmawiać (lub podsłuchiwać) z pozostałymi.
Do problemu odległości powrócimy w odpowiednim czasie. W Zagłębimy się w problem połączeń i jego konsekwencje, które miały wpływ na rozwój przekaźników.
Co czytać
- Robert V. Bruce, Bell: Alexander Graham Bell i podbój samotności (1973)
- David A. Hounshell, „Elisha Gray i telefon: o wadach bycia ekspertem”, „Technologia i kultura” (1975).
- Paul Izrael, Edison: życie wynalazku (1998)
- George B. Prescott, Mówiący telefon, mówiący fonograf i inne nowości (1878)
Źródło: www.habr.com