ТЕЛЕФОННЫЙ ПЕРЕДАТЧИК

ТЕЛЕФОННЫЙ ПЕРЕДАТЧИК

К первым работам Эдисона в Менло-Парке относится телефония.

Изобретение телефона, как и огромное число других крупных изобретений, нельзя приписать целиком одному человеку.

Еще в 1837 году американец Пейдж показал, что магнитный стержень, помещенный внутри катушки из изолированной проволоки, издает звук, если по проволоке пропускать быстро меняющийся электрический ток, который то появляется, то исчезает.

Первые успешные попытки воспроизвести машиной человеческую речь относятся к шестидесятым годам прошлого столетия. В 1863 году Гельмгольц сумел воспроизвести гласные — а, и, о, у, — заставляя одновременно звучать несколько камертонов.

Около того же времени возникает мысль о передаче речи на расстояние, «превращая звук в электричество», посылаемое затем по телеграфной проволоке. Телеграф, как мы знаем, был тогда хорошо известен. Первые более или менее удачные попытки в этом направлении были сделаны немецким ученым Филиппом Рейсом еще около 1860 года. Однако из его прибора нельзя было получить технически пригодного телефона.

Изобретателем телефона должен считаться Александр Грахам Белл. Англичанин по происхождению, Белл большую часть своей жизни (родился в 1847 году, умер в 1922 году) провел в Америке, где был профессором в Бостоне. После упорной пятилетней работы (с 1872 по 1877 год) Белл получил, наконец, практически пригодный телефон, поддающийся дальнейшему усовершенствованию.

14 февраля 1876 года Бюро патентов в Вашингтоне получило предварительную патентную заявку Белла на изготовление прибора «для передачи по телеграфу голосовых звуков» человеческой речи. Эта предварительная заявка содержала описание еще неусовершенствованного изобретения. В соответствии с законом, существовавшим в США до 1910 года, заявитель пользовался затем правом в течение года возбудить ходатайство о выдаче патента на законченное изобретение.

В тот же день, 14 февраля 1876 года, но двумя часами позже, в Бюро патентов поступила заявка Элиши Грэя на такое же изобретение.

7 марта 1876 года заявление Белла было рассмотрено, и его право на изобретение было признано и зарегистрировано. Однако между Беллом и Грэем возник длительный судебный процесс, и только в 1888 году Верховный суд США окончательно признал приоритет на новое изобретение за Беллом.

Белл впервые использовал в своем аппарате индукционные токи, на действии которых основан и современный телефон. Телефон Белла состоял из тонкой стальной пластинки (диафрагмы), прикрепленной ко дну небольшой коробки. Сзади диафрагмы помещались полюсы подковообразного магнита, окруженного проволочной спиралью. Если говорить в коробку, то звуковые волны, приводя в движение диафрагму, изменяли магнитное поле, и в проволочной спирали возникал меняющийся по величине ток, который на обратном конце в приемнике приводил в движение подобную же диафрагму, а она своими колебаниями воспроизводила звуки.

Изобретатель Белл, как и Грэй, пришел к заключению, что магнитное поле, создаваемое колебанием мембраны, не производит достаточно сильных пульсирующих токов, необходимых для передачи человеческого голоса на большие расстояния, и не дает достаточной силы звука. Тогда у них возникла мысль прибегнуть к помощи батареи, которая непрерывно подавала бы в телефонную цепь электрический ток, при наличии которого колебания мембраны служили бы лишь для преобразования этого постоянного тока в пульсирующий. В этом было заложено начало развития телефонов с батареей.

Впервые телефон был демонстрирован публично в США в 1876 году на первой американской всемирной выставке в городе Филадельфии. В конце того же 1876 года телефон был демонстрирован в Европе на съезде Британской научной ассоциации в городе Глазго (Шотландия). Присутствовавший на съезде знаменитый английский физик Томсон (лорд Кельвин) заявил, что телефон представляет «величайшее из чудес, связанных с электрической телеграфией».

Однако для телефонной передачи между точками, находящимися одна от другой на большом расстоянии, потребовалось изобретение более практической системы. Возникавшие токи были очень слабы. Первый изготовленный Беллом телефонный прибор передавал еще очень неясные звуки речи из одной комнаты в другую.

Эдисон переехал в Менло-Парк в 1876 году, как раз в том году, когда Белл получил патент на телефон. И одной из первых проблем, к разрешению которой Эдисон приступил в своей новой лаборатории, было усовершенствование изобретения Белла.

Внедрение в коммерческую эксплуатацию телефона Белла затруднялось из-за слабости передаваемых звуков и из-за посторонних шумов, которые по различным причинам появлялись в проводах.

Существенное неудобство представляло также объединение приемника и передатчика (телефона и микрофона) в одной трубке. Нужно было подносить трубку то к уху, то ко рту. Говорящий уже не мог слышать партнера, слушающий не мог отвечать.

Белл продолжал трудиться над усовершенствованием своего телефона. Он предложил свой патент компании «Вестерн Юнион», но получил отказ. Шаг за шагом добивался Белл и улучшения своего аппарата и поддержки финансовых кругов. Постепенно интерес к этому изобретению возрастал, и многие предприятия принялись заменять телеграфную связь телефонной. За плечами Белла организовывалась крупная промышленная компания.

Компания «Вестерн Юнион», обеспокоенная угрожавшей конкуренцией телеграфу и привлекаемая все более очевидными перспективами, обратилась к Эдисону. Ему обязались уплачивать 150 долларов в неделю в течение пяти лет за право первого использования любого его изобретения в области телефонии. Эдисон охотно согласился, так как еще в Ньюарке он начал эксперименты в этой области, а в Менло-Парке продвинулся в этом направлении достаточно далеко. Середина семидесятых годов прошлого столетия вообще изобиловала именами изобретателей телефона.

Чтобы понять сущность усовершенствования, внесенного Эдисоном, вспомним основы телефонирования.

Микрофон и телефон являются основными приборами, требующимися для передачи человеческой речи на любое расстояние посредством электрического тока. Для передачи на расстояние звуковых колебаний прежде всего необходимо их превратить в колебания электрического тока. Эта задача выполняется микрофоном, который, таким образом, является передатчиком. Он состоит из металлической коробки, наполненной угольным порошком; крышкою служит тонкий диск из твердого угля, являющийся одновременно и мембраною. Если говорить перед микрофоном, то звуковые волны падают на мембрану микрофона и заставляют ее колебаться «в такт» с изменением звука. При колебаниях мембраны изменяются и электрические свойства микрофона. Например, в угольном микрофоне изменяется давление мембраны на находящиеся в соприкосновении с нею угольные зерна, что, в свою очередь, вызывает изменение электрического сопротивления в цепи, в которую включен микрофон. Изменения сопротивления цепи микрофона вызывают изменения протекающего в этой цепи тока. Эти изменения электрического тока как раз соответствуют изменениям давления, вызываемым падающей «а мембрану звуковой волной, и действуют на магниты телефона. Телефон, являющийся приемником, состоит из мембраны, представляющей из себя тонкий железный кружок, и из системы магнитов. Эти оба прибора — микрофон и телефон — связаны между собою медной проволокой. По этим проводам посылается электрический ток.

Изменения электрического тока действуют на магниты телефона. И магнит притягивает мембрану телефона то сильнее, то слабее, приводит ее в колебание. Эти колебания точно соответствуют колебаниям мембраны микрофона и воспринимаются ухом как звук. Следовательно, в целом мы имеем такой процесс: от звука через электричество снова к звуку.

Эдисону пришлось много потрудиться, прежде чем ему удалось сконструировать первый получивший практическое применение угольный микрофон. Он пришел к нему не сразу. В качестве наполнителя коробки микрофона он испробовал воду, губку, увлажненную бумагу, войлок, тонкие пленки графита. Результаты были плохие. В записной книжке Эдисона возле записей опытов появились странные значки — «NG» и «NB», это означало no good — «не хорошо» и no better — «не лучше». Эдисон переходит к опытам с разными волокнами, появляются знаки «LB» и «Е», что означает little better—«несколько лучше» и encouraging — «обнадеживающе». Звук стал громче, но артикуляция оставалась слабой. Проходили месяцы. Эдисон продолжал эксперименты. Однажды при виде коптящей керосиновой лампы Эдисону пришло в голову испробовать копоть. Первые же результаты оказались блестящими. Эдисон поставил знак «VE»— (very encouraging) — «весьма обнадеживающе». Применение чистого угля решило задачу, звук намного усилился. Эдисон создал первый практически действующий телефонный микрофон. Но не все задачи были решены.

Первые микротелефоны имели очень малое сопротивление. И изменения сопротивления, происходившие в этих микротелефонах во время разговора, а следовательно и возникавшие колебания силы тока, были весьма незначительны. Эти колебания силы тока еще больше ослаблялись высоким сопротивлением проводов. Эдисоном было сделано изобретение, которое привело к значительному улучшению: он ввел в телефон индукционную катушку (трансформатор), преобразующую ток низкого напряжения микрофонной цепи в переменный ток более высокого напряжения, которому легче было преодолеть сопротивление проводов.

В первичную цепь индукционной катушки поступает электрический ток, который благодаря колебаниям металлической мембраны преобразовался в ток пульсирующий. Таким образом, в линию передачи поступают уже не прямые, а индуктированные токи, возникающие во вторичной обмотке этой катушки. Применение такого индуктивного действия значительно увеличивает мощность передачи. Это усовершенствование дало возможность установить телефонную связь на большие расстояния и положило начало развитию телефонной техники.

В результате усовершенствований, произведенных Эдисоном, телефон Белла заговорил громко. После этих усовершенствований телефонное дело начало быстро развиваться. Теодор Пускас из Будапешта первый предложил устройство центральных телефонных станций. Повсюду начали устраиваться телефонные сети с центральными телефонными станциями. Телефонные компании стремились сделать технически возможной передачу речи на возможно большие расстояния.

Патенты Эдисона были куплены «Вестерн Юнион», которая использовала их для борьбы с предприятиями Белла, учрежденными в Бостоне.

Началась ожесточенная многолетняя борьба между Беллом и «Вестерн Юнион». Последняя во главе своего управления телефонной службой поставила зятя Вандербильта, Гамильтона Мак-Тонбли, который много помог успеху предприятия.

За свое изобретение Эдисон получил от «Вестерн Юнион» 100 тысяч долларов, которые он предложил выплачивать ему в течение семнадцати лет, то есть всего времени действия патента, ежегодно по 6 тысяч долларов. Рассказывая об этом впоследствии, Эдисон так объяснил поставленное им условие: «У меня было четырежды больше честолюбия, чем средств, и я знал, что если вся сумма денег будет мне уплачена сразу, то целиком истрачу ее на опыты; и я решил так поместить свои деньги, чтобы на семнадцать лет обезопасить себя от слишком больших трудностей жизни».

Применение телефона начало развиваться и в Англии, и Эдисон предложил место своего представителя полковнику Гуро, своему старому компаньону по автоматическому телеграфу. Было организовано специальное общество. Аппараты готовились в большом количестве. Когда появилась угроза конфликта с собственниками патента Белла, Гуро понял, что успех предприятия будет обеспечен только в том случае, если удастся избежать применения телефонного приемника, который, как уверяли, был только подделкой приемника Белла. Он телеграфировал Эдисону, который ответил ему, чтобы он держался. «Я имел новый способ, — рассказывает изобретатель, — для использования явления, открытого несколько лет тому назад».

Речь шла об изобретенном Эдисоном электромотографе, или метофоне, Этот прибор позволял большому числу людей, собравшихся в одном помещении, слушать речь или пение, передаваемые по телефону.

Электромотограф по своей общей конструкции имел некоторое сходство с будущим фонографом и состоял из цилиндра, на который опирался конец иглы, прикрепленной другим концом к центру металлической мембраны. При своем вращении этот цилиндр заставлял вибрировать как иглу, так и металлическую мембрану. Цилиндр был сделан из специального материала, в состав которого входили мел, уксуснокислая соль ртути и раствор соды или едкого поташа. Поверхность цилиндра, сделанного из такого состава, содержится несколько влажной и обладает свойством, использованным в «рекордере» Томпсона, то есть она становится шершавой в тех местах, где через нее прошел электрический ток. Это свойство дает нам возможность понять, каким образом пульсирующие токи, идущие от телефонного передатчика, заставляют металлическую пластинку метофона петь или громко говорить при посредстве вибрирующей иглы.

Эдисон изготовил шесть электромотографов и отправил их в Лондон. Они были тотчас же испытаны и приняты. Через некоторое время он отправил еще сотню аппаратов. Тогда его попросили прислать двадцать молодых людей, которые умели бы управлять аппаратами. Эдисон устроил вблизи лаборатории мастерскую, в которой поставил десять аппаратов. Потом он все их испортил: отрезал провод у одного, устроил короткое замыкание в другом, загрязнил электроды в третьем и т. л. Он посылал затем каждого из своих работников найти причину повреждения аппарата. Работник, который мог найти десять раз подряд в течение пяти минут причины повреждения, считался пригодным для поездки в Лондон. Шестьдесят человек подверглись такому испытанию, и из них были отобраны только двадцать.

Громкоговорящий телефон Эдисона в течение нескольких лет применялся в Англии.

В 1905 году вышел роман Бернарда Шоу «Неразумный брак», героем которого является молодой изобретатель. В предисловии, полном веселого сарказма в отношении и самого себя, и своих соотечественников, и встретившихся ему американцев, описана эдисоновская группа в Лондоне.

Шоу, служивший в юности клерком, пишет: «Из-за того, что я стал писателем, не следует думать, что я никогда не стремился к достойной деятельности. С 15 лет я пытался идти против своей природы и поэтому до 23 лет сохранял юношескую неуверенность в себе и робость. Моя последняя попытка относится к 1879 году, когда в Лондоне была создана компания для эксплуатации искусного изобретения Томаса Альвы Эдисона — даже, как оказалось, слишком искусного, — являвшегося не чем иным, как телефоном, оравшим ваши самые интимные подробности вместо того, чтобы нашептывать их тайком. Совсем не этого желали биржевики, и вскоре компания влилась в Национальную телефонную компанию, невольно найдя себе место в истории литературы благодаря моей службы в „ей“.

«Эдисоновская телефонная компания, — пишет Бернард Шоу, — занимала нижнюю часть большого здания контор на улице Королевы Виктории, где работали американские мастера. Эти романтичные люди дали мне представление о способностях американского пролетариата. Они пели сентиментальные песни. Их язык привел бы в ужас даже ирландца. Работали они с нечеловеческим рвением и энергией, которые далеко не оправдывались достигнутыми результатами. Неизменно охраняя свою республиканскую независимость, они не желали исполнять приказания чопорного англичанина, холодная вежливость которого выдавала его убеждения в своем превосходстве, и требовали, чтобы их гнал «а работу с американскими проклятиями американский монтер, столь же свободный и независимый. Они презирали искусных английских рабочих, никогда не спешивших и стремившихся за свое жалованье выполнить настолько мало работы, насколько это было возможно, проникнутых чувством глубокого уважения к людям, из кармана которых можно было получить деньги почтительным обращением. Надо ли добавить, что этот самый английский рабочий был глубоко озадачен поведением юношей-иноземцев, которые напрягали все свои силы ради выгоды своего хозяина и совершенно не заботились о собственных интересах. Они боготворили Эдисона и считали его величайшим человеком из всех когда-либо существовавших на земле, обладавшим к тому же универсальными познаниями во всех областях науки, искусства и философии; они питали нескрываемую ненависть к изобретателю конкурирующего телефонного аппарата Грахаму Беллу, который в их представлении являлся существом, порожденным сатаной.

Каждый из них претендовал на собственное усовершенствование телефона; обычно дело шло о новой системе передатчика. Они все были честные парни с сильно развитым чувством солидарности, сентиментальные, веселые и невежественные, люди, которые не прочь были прихвастнуть и солгать.

В этом окружении я провел несколько месяцев. Я всегда интересовался физикой и читал Тиндаля и Гельмгольца, а, кроме того, кое-чему в этой области научился во время своего пребывания в Ирландии благодаря дружбе с двоюродным братом Грахама Белла, который был тоже опытным физиком и химиком; поэтому я, кажется, был единственным человеком во всем учреждении, сколько-нибудь знакомым с элементарными научными основами телефонии.

Вскоре я подружился с нашим официальным демонстратором, человеком из Колчестера, сильной стороной которого было земледелие.

Я часто исполнял его обязанности и этим путем, мне кажется, способствовал упрочению репутации Эдисона в Лондоне. Единственной моей наградой за эту работу было чувство юношеского самодовольства при виде плохо скрываемого изумления и недоверия, которые обычно вызывали в посетителях мои объяснения (слушая громкое рычание телефона, они были убеждены, что говоривший, который по моим словам находился на расстоянии двадцати миль от нас, в действительности кричал в рупор в соседней комнате). Когда я кончал объяснения, они обычно недоуменно раздумывали — —нужно ли дать мне на чай. Этот вопрос, видимо, решался отрицательно, так как я ни разу не получил ни копейки».

Вскоре и в Англии началась борьба между аппаратами Эдисона и аппаратами Белла. Возник судебный процесс, однако дело как в Англии, так и в Америке закончилось добровольным соглашением конкурентов.

После длительной «телефонной войны» компания «Вестерн Юнион» отказалась от телефонного производства, а телефонная компания Белла прекратила деятельность в области телеграфа. «Вестерн Юнион» передала компании Белла право на все усовершенствования телефона, сделанные Эдисоном, и получила в обмен право на участие в прибылях в размере двадцати процентов. Эта доля принесла «Вестерн Юнион» миллионные доходы.

Интересно отметить, что уже с 1878 года в Америке и в Англии начался ряд процессов, оспаривавших право Белла на полученную привилегию. Против Белла выступило тринадцать противников, приписывавших себе изобретение основных частей телефона; из них первым же постановлением суда были устранены от соревнования шесть человек, а относительно претензий других (Мак Доноуг, Эдисон, Грэй, Дольбир, Блек, Ирвин и Фелькер) вопрос был разбит на одиннадцать пунктов, и по каждому было вынесено особое решение. Из этих одиннадцати пунктов по восьми первенство было признано за Беллом, по двум — за Эдисоном и по одному — за Мак Доноугом.

Из двух пунктов, по которым первенство было признано за Эдисоном, один относился к «гидроэлектрическому телефону, в котором жидкость, представляющая переменное сопротивление, помещается в вертикальной трубке, содержащей концы двух платиновых проволок, погруженных в жидкость». По данному вопросу эксперты отдали первенство Эдисону, так как телефон этого рода заявлен был им в декабре 1876 года и, следовательно, был первым материальным осуществлением идеи передачи звуков на расстоянии.

Таким образом, вопреки всем домогательствам первым изобретателем телефона был признан все же Грахам Белл. Однако потребовалось очень много усилий, времени и работы для того, чтобы система первого аппарата Белла с его едва различимою передачею была доведена до всеобщего пользования.

Небезынтересно также отметить, что Эдисон не избег участи многих изобретателей и величайших ученых, ошибавшихся в установлении пределов возможностей, даваемых тем или иным открытием и изобретением. Когда однажды в эпоху юности телефона газетный репортер спросил Эдисона, считает ли он возможным, чтобы когда-либо люди разговаривали через океан, Эдисон дал отрицательный ответ. Между тем такие переговоры еще при его жизни стали обычным явлением. 18 июня 1930 года, во время второго Мирового энергетического конгресса, происходившего в Берлине, было осуществлено с помощью телефонных проводов, кабеля и радио объединенное заседание конгресса и Национальной ассоциации электриков освещения, собравшихся в Сан-Франциско.

На этом заседании мы слышали, находясь в Берлине, речь восьмидесятитрехлетнего Эдисона, произнесенную им в своей американской лаборатории в Вест-Орандже.

Угольный передатчик (микрофон) не был единственным аппаратом, в котором Эдисон использовал особое свойство углерода — изменять в зависимости от производимого на него давления свое сопротивление электрическому току. Для своего квадруплексного телеграфа он построил реостат, или ящик сопротивления, снабженный серией шелковых кружков (дисков), насыщенных графитом и хорошо высушенных. Давление на диски могло регулироваться винтом, и таким способом изменялось сопротивление току.

Эдисон нашел другой способ, не менее остроумный, использовать описанное свойство угля. Он построил прибор и назвал его «тазиметром». Прибор имел целью указывать самые слабые колебания температуры тел. Он был такой чувствительности, что, пользуясь им, можно было измерить теплоту лучей дальних звезд. Тазиметр весьма прост по конструкции. Эбонитовый брусок помещается вертикально на платиновой пластинке, под которой находится угольная кнопка, покоящаяся, в свою очередь, на другой пластинке из платины. Обе платиновые пластинки и угольная кнопка составляют часть электрической цепи, состоящей из батареи и гальванометра. Эбонит очень чувствителен к теплу, и самое незначительное повышение температуры вызывает его расширение и увеличивает, таким образом, давление, которое он производит на угольную кнопку. Отсюда получаются изменения сопротивления, заставляющие колебаться стрелку гальванометра. Этот аппарат вообще имеет настолько сильную чувствительность, что тепла, исходящего от человека, удаленного от аппарата на расстояние в десяток метров, достаточно, чтобы в точном гальванометре далеко отбросить стрелку на циферблате.

Работы Эдисона над телеграфной трансляцией, над телефоном, электромотографом, глубоко изученная связь между звуковыми колебаниями и колебаниями мембраны — все это привело его к мысли о том, чтобы записывать колебания мембраны, вызываемые звуковыми волнами, а затем их воспроизводить. Зародилась идея о машине, которая могла бы записывать, а затем воспроизводить человеческий голос. Разработанная идея эта дала миру одно из самых замечательных изобретений Эдисона — фонограф.