Черт возьми, здесь нет никаких правил... Мы просто пытаемся что-то получить!
Томас Альва Эдисон
Менло-Парк был тем нервным узлом, из которого расходились по миру открытия команды инженеров и ученых, работавших там. Как только Эдисон устроился в новой резиденции, он сразу получил прозвище «волшебник Менло-Парка». Компания «Вестерн Юнион» сделала ему предложение, подкрепленное авансом в 500 долларов ежемесячно, не считая будущих гонораров, взяться за работу над новым средством связи — телефоном.
АКУСТИЧЕСКАЯ ТЕЛЕФОНИЯ
До изобретения электромагнитного телефона уже существовали акустические устройства на механических принципах, способные передавать звук голоса или музыку на расстояние, в которых передача осуществлялась с помощью труб из металла или других материалов. Большой известностью пользовалось устройство под названием «голосовая труба», состоящее из двух конусов, соединенных с трубопроводом, по которому звук (голос) передавался на некоторое расстояние.
РИС. 1
Оно использовалось в основном на кораблях, чтобы с мостика можно было отдавать команды в машинное отделение и другие помещения, но в XIX веке подобные трубы стали устанавливать и в богатых домах, на фабриках и заводах, где их можно было встретить вплоть до второй половины XX века. Основные принципы акустической телефонии были известны уже много веков назад, свидетельство чему можно найти в детской игре с двумя стаканами или коробочками, соединенными веревкой, с помощью которых можно разговаривать. Диафрагма, то есть гибкая мембрана, способна улавливать звуки (воздушные колебания) и преобразовывать их в механическую вибрацию, как это происходит в человеческом ухе. Веревка или провод передают такую вибрацию по всей своей длине, сохраняя ее характеристики, и ее воспроизводит вторая диафрагма, или, иными словами, она вновь превращает механические колебания в воздушные (в звук).
В акустическом телефоне волны передаются по линии по тому же принципу, по которому работает струна в музыкальных инструментах. Различная длина звуковой волны воспринимается нами как изменение высоты звука: более длинная волна означает более низкий звук, более короткая — высокий (см. рисунок 1).
Первые формальные опыты над воспроизведением и передачей звука провел между 1664 и 1685 годами британский ученый Роберт Гук (1635-1703), пионер микроскопии и автор биологического термина «клетка». В 1667 году во время работы архитектором, в ходе реконструкции Лондона после сильного пожара 1666 года, английский эрудит изготовил очень простое устройство — акустический телефон, с помощью которого он исследовал свойства звука. Это открыло большие возможности в области передачи человеческого голоса, однако применить их на практике современная ему наука и технология были еще не готовы. Дальнейшее развитие телефонии стало возможным только с применением электричества.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЛН
Пространство вокруг нас заполнено различными волнами, имеющими механическую или электромагнитную природу. Основными характеристиками этих волн являются: длина волны (расстояние между двумя ее пиками), амплитуда (максимальный размах волны) и частота (количество повторений волны в единицу времени, то есть количество вибраций в секунду).
СЛУШАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
Люди, занимавшиеся разработкой телеграфа, задавались вопросом, можно ли превратить звук в изменяемый электрический ток и передавать его на большие расстояния по проводам так же, как передаются по металлической проволоке электрические сигналы, в которых зашифрованы символы. Работы по этой теме начались только в середине XIX века. В ходе своих исследований над возможностью изготовления автомата, имитирующего человека, в 1844 году итальянец Инноченцо Манзетти (1826-1877) выдвинул идею «говорящего телеграфа» (см. рисунок 1) и даже взялся за изготовление его прототипа. Источники расходятся во мнениях, удалось ли ему построить и испытать его; до нас дошли лишь смутные описания системы, которая «напрямую передает слова по обычным телеграфным проводам с помощью устройств, более простых, чем современный телеграф.
Музыка передается великолепно, а что касается слов, то самые отчетливые из них хорошо слышны». И только французский инженер Шарль Бурсель (1829-1912) в точности описал, хотя и теоретически, конструкцию, которую считают первой системой электрической передачи звука. В 1854 году Бурсель изложил в журнале «Иллюстрасьон» (в статье «Электрическая передача слов» от 25 августа 1854 года) основной принцип электрической телефонии и предсказал, что в скором времени звук можно будет передавать с помощью электричества:
«Представьте себе, что вы говорите рядом с подвижным диском, достаточно гибким, чтобы не пропустить ни одной вибрации, производимой голосом. Представьте себе, что этот диск последовательно замыкает и размыкает электроцепь. В таком случае можно поставить на большом расстоянии другой такой диск, который будет воспроизводить эти вибрации».
РИС. 2
Как и в телеграфе, система передачи сообщения основывалась на размыкании электрической цепи, в данном случае с помощью движений гибкого диска, упомянутого в тексте. Этот метод получил название «on/off» («вкл/выкл»).
Статья Бурселя была переведена на многие языки и получила широкое распространение. Она стала источником вдохновения для немецкого ученого и изобретателя Иоганна Филиппа Рейса (1834-1874). В 1861 году Рейс представил во Франкфуртском физическом обществе грубо изготовленное устройство, разработанное по принципам, изложенным Бурселем. Оно состояло из «горшка» без дна: на него с одной стороны была натянута мембрана из кишки, по центру которой была прикреплена подпружиненная швейная игла. Колебания, возникающие от вибрации мембраны, передавались на другой конец иглы и замыкали контакт с проводником, связанным с основной линией, питавшейся от батареи. Этот контакт замыкал и размыкал цепь, приводя в действие другую подобную иглу, связанную с катушкой. Игла вибрировала, производя звук. Рейс усовершенствовал эту примитивную модель, изменив материал мембраны и заменив иглу на изогнутый токопроводящий рычаг (см. рисунок 3). Вместо иглы в приемнике он использовал длинную металлическую пластину, которая гораздо эффективнее передавала звук. На самом деле чем более длинной и широкой она была, тем лучше воспринимала звуковые волны, так как больше становилась поверхность, соприкасавшаяся с воздухом. В некоторых моделях использовался деревянный ящик-резонатор.
