Изобретение телефонного аппарата

Комбинируя эту пластину с аппаратом Педжа, Филини Рейспостроил прибор, с помощью которого мог передавать на довольно значительное расстояние музыкальные звуки. В 1861 году Рейсв лекции, прочитанной во Франкфуртском физическом обществе, описал свой прибор, названный им телефоном, и продемонстрировал свои опыты. Прибор его состоял из передатчика, батареи, соединяющего провода и приемника. Передатчик представлял собой квадратный полый ящик с открывающейся верхней крышкой. Круглое отверстие в крышке было закрыто натянутой перепонкой из тонкой свиной кишки. В одну из боковых стенок ящика вставлялся рупор, в который говорили. Звуковые волны передавались через внутреннюю полость ящика перепонке. Посредине наружной поверхности перепонки была прикреплена воском тоненькая платиновая пластинка, от которой проведена очень тонкая платиновая или медная пластинка к зажиму. К передатчику был прикреплен медный рычаг, на верхушке которого находился платиновый штифтик, лежащий на пластинке. Для лучшей токопроводности в углубление пластинки вливали немного ртути. От конца рычага шла проволока к зажиму, затем в линию ик приемнику. Приемник состоял из проволочной катушки со стержнем из мягкого железа, толщиной приблизительно 1,5 мм; выступающие с обеих сторон концы его упирались в две подставки, помещенные на деке. Для большего усиления звука катушка прикрывалась коробкой с двумя слуховыми отверстиями. Один конец катушки был соединен с зажимом и линией, другой — с другим зажимом и землей.

Изобретение Рейсапородило много шума, но не было оценено по достоинству, а идея Рейса не получила практического применения. В Европе она была почти совсем забыта, и только несколько лет спустя нашла себе последователей в Америке, в лице Грэхема Беллаиз Бостона и Элиза Греяиз Чикаго (рис. 2).

Но еще до изобретения Белла и Грея, Верлейв 1870 г заметил, что быстро заряжаемый и разряжаемый конденсатор производит звук. На этом свойстве конденсатора были построены телефоны Верлея и Дольбира.

Приемная диафрагма представляла собой обкладку конденсатора, которая под действием колебаний заряда колебалась соответственно изменениям электродвижущей силы в передающем приборе. Несмотря на усовершенствования Полярдаи Гарнье,этот телефон-конденсатор не получил практического применения.

История справедливо считает изобретателем телефона профессора физиологии речи в Школе ораторского искусства Бостонского университета 29-летнего шотландца Александра Грехема Белла [2].

С 1873 года Белл работал над изобретением гармонического телеграфа. Этот прибор должен был по одному телеграфному проводу передавать одновременно семь телеграмм (по числу нот в октаве). Использовалось при этом семь пар гибких металлических пластинок. Каждая пара настраивалась на свою частоту. Во время опытов 2 июня 1875 года свободный конец одной из пластинок на передающей стороне линии приварился к контакту. Помощник Белла механик Томас Ватсон пытался устранить эту неисправность и при этом нецензурно выражался. Белл в это время в другой комнате работал с приемными пластинками. Он уловил пришедший по проводам едва слышный звук ругательств своего механика. Гениальному ученому этого стало достаточно для решающего шага к изобретению телефона. Белл понял, что самопроизвольно закрепленная на обоих концах пластинка превратилась в своеобразную гибкую мембрану. Она находилась над полюсом магнита и изменяла его магнитный поток. При этом ток, поступающий в линию, изменялся в такт с колебаниями воздуха, вызываемыми бормотанием Ватсона.

Почти год Белл совершенствовал свое изобретение. Заявку на изобретение он подал 14 февраля 1876 года, а 7 марта получил патент. 10 марта 1876 года состоялась передача первой членораздельной фразы, ставшей исторической: «Мистер Ватсон, идите сюда. Вы мне нужны». Эта передача была осуществлена по 12-ти метровому проводу, соединяющему квартиру Белла с лабораторией на чердаке.

Белл сконструировал электромагнитный передатчик (микрофон), в котором передаваемый в линию ток изменялся вследствие изменения магнитного потока (рис. 2, а). Грей же предлагал совершенно иной метод изменения тока ‑ вследствие изменения при колебаниях мембраны электрического сопротивления столбика проводящей жидкости (рис. 2, б).

Схема устройства телефона, предложенная А. Беллом в его заявке на изобретение: А - рупор; а - кожаная мембрана; b - электромагнит; с - тяга; d - сердечник электромагнита; е - провод; f- электромагнит; к - сердечник электромагнита; h - тяга; i - мембрана; L - рупор; Е - батарея; g - заземление

Принцип телефона, предложенный Э. Греем в его предварительной заявке:

1 - резервуар; 2 - проводящая жидкость; 3 - промежуток; 4-металлический стержень; 5-мембрана;

6 - электромагнит; 7 - мембрана

Рис. 2. Различные схемы первых разговорных трактов, предложенные А. Беллом и Э. Греем 14 февраля 1876 года

 

На первенство в изобретении телефона претендовали многие, в том числе итальянцы И. Манзетти и А. Майччи. Уже в 1878 году в США начались судебные процессы, в которых оспаривалось первенство Белла в изобретении телефона. Против него выступило почти три десятка человек, приписывающих себе изобретение основных частей телефона. Решением суда первоначально было отклонено шесть исков. Претензии ряда ученых (Мак Доноута, Эдисона, Грея, Долбира, Блейка, Ирвина и Фелькера) были взяты в отдельные судебные производства, разделены на 11 пунктов, по каждому из которых выносилось самостоятельное решение. Суд признал по восьми пунктам первенство за Беллом, по двум — за Эдисоном, по одному — за Мак Доноутом.

Грей не выиграл ни одного пункта на этом судебном процессе, хотя в историю он вошел, как основной соперник Белла в вопросе изобретения телефона. В памятный день изобретения телефона, 14 февраля 1876 года, Беллом была подана заявка на «Телеграфное устройство, при помощи которого можно передавать человеческую речь». Через два часа в то же Бюро патентов (город Вашингтон) подал заявку известный специалист по электротехнике из Чикаго Элайша Грей. Заявка называлась «Устройство для передачи и приема вокальных звуков телеграфным способом».

Белл патентовал готовое устройство, а Грей лишь подавал предварительное уведомление о намерении изобрести устройство с указанием предполагаемого принципа его действия. Следует обратить внимание на слово «caveat» в заявке Грея, что переводится как «предостережение» или «протест». Этот протест по законам США блокировал возможность выдачи патента на телефон любым претендентам в течение года. Этим Грей надеялся получить фору в состязании за первенство. Грей, как гражданин США, имел право на такой «протест», а подданный Великобритании Белл — нет. Но «протест» Грея запоздал, и изобретателем телефона считается Белл. Из старинных рисунков (рис. 2) очевидно, что телефонные системы эти двух изобретателей принципиально различаются.

Таким образом, наиболее удачный вариант телефона представил 14 февраля 1876 г.Грэхем Белл (рис. 3). Сообщение Белла об его изобретении было встречено публикой с большим недоверием. Одним из первых, кто сразу же оценил значение этого изобретения, был Вильям Томсон. В своем докладе Британскому собранию в Глазго он говорил: «В Канадском департаменте я слышал переданные по телефонной проволоке слова: «быть или не быть ? ... вот в чем вопрос»; не довольствуясь однако односложными словами, электрическая речь пошла гораздо далее и передала мне несколько извлечений из Нью-Йоркской газеты».

Рис. 3. Телефон Белла ‑ первый в мире телефонный аппарат (1876 г)

Дальнейшая разработка вопроса о передаче речи электрическим путем привела к особым передающим приборам, так называемым микрофонам. Еще в 1856 году Дю-Менсель показал, что изменение давления в точке соприкосновения двух проводников оказывает большое влияние на силу тока. «Довольно интересное явление, которое на первый взгляд как будто противоречит принятой теории электричества, — пишет он в своем сочинении о применении электричества, — представляет тот факт, что более или менее сильное давление в точке соприкосновения двух проводников имеет сильное влияние на силу проходящего через них тока». Это открытие послужило основанием Давиду Эдвинну Юзудля изобретения им микрофона. Основной принцип его микрофона заключался во введении в цепь тока проводника, сопротивление которого изменялось так же, как производимые вблизи него звуковые колебания.

Микрофон Юза,представленный им 9 мая 1878 года Королевскому обществу в Лондоне, состоял из дощечки с прикрепленными к ней двумя угольными колодками, в выемки которых вставлен заостренный с обоих концов уголек. Угли были соединены проволокой с батареей и телефоном. Звук перед дощечкой приводил к соответствующим колебаниям в ней. Колебания передавались уголькам микрофона, вследствие чего заостренный уголек то сильнее, то слабее прижимался к колодкам и тем увеличивал или уменьшал сопротивление цепи, что изменяло силу тока в цепи. Изменение силы тока в цепи заставляло колебаться пластинку телефона, и в телефоне были слышны все звуки, произносимые перед пластинкой. Это изобретение Юзаобратило на себя всеобщее внимание и привело к изобретению целого ряда микрофонов.