Глава 4. Телефон

4.1. Изобретение телефона

Как уже отмечалось, человеческий голос слышен на расстоянии нескольких десятков, в лучшем случае сотен метров. Поэтому еще в далеком прошлом для его усиления был изобретено такое устройство как рупор. Однако даже 6-метровый рупор англичанина Самюэля Морленда (1625–1695), созданный около 1670 г., позволял увеличить слышимость голоса лишь до 1,5 км³²⁰.

В XVI–XVII вв. появилась идея использовать для передачи звука на расстояние трубопровод. Позднее эта идея получила применение на флоте для передачи команд с капитанского мостика, например в машинное отделение. Такую же систему передачи звука пытались создать на железных дорогах, чтобы соединить вагон начальника поезда с другими вагонами и паровозом³²¹.

«Первым акустическим индикатором электрических сигналов» стал электрический звонок³²², который был изобретен в середине XVIII в.³²³. Первоначально его использовали как вызывающее устройство. Такую же роль он стал играть в телеграфных аппаратах³²⁴.

Первым, кто попытался использовать электричество для передачи звука, был американский изобретатель Чарльз Пейдж³²⁵. В 1837 г. он сумел вызвать эффект, который назвал «гальванической музыкой»³²⁶. Взяв два камертона, Ч. Пейдж поместил между ними два электрода: один оставил без изоляции и подвел к первому камертону, другой присоединил к электромагниту и разместил рядом со вторым камертоном. Когда изобретатель приводил в движение первый камертон, он начинал вибри-ровать, замыкая/размыкая электрическую цепь, в результате чего электри-ческий магнит соответствующим образом воздействовал на второй камертон, заставляя его вибрировать и звучать³²⁷.

Это вдохновило некоторых изобретателей на создание поющего телеграфа, способного передавать музыку.

Наибольших успехов в этом отношении добился немецкий изобре-татель Иоганн Филипп Рейс (1834–1874)³²⁸, работавший учителем в школе для глухонемых. 26 октября 1861 г. он выступил во Франкфурте-на-Майне с докладом «О телефоне посредством гальванического тока»³²⁹ и про-демонстрировал свое изобретение³³⁰.

В литературе можно встретить разные описания сконструированного им аппарата. Причина этого, по всей видимости, заключается в том, что он создал несколько его образцов³³¹.

Один из аппаратов И. Ф. Рейса представлял собою полый ящик с двумя отверстиями, перекрытыми тонкими перепонками. К первой перепонке изнутри была прикреплена металлическая пластинка, соприкасавшаяся с острием установленной рядом металлической иглы, которая была подсоединена к электрической цепи.

Под влиянием колебаний упомянутая пластинка касалась острия иглы, в результате чего происходило замыкание и размыкание цепи. На другом конце этой цепи находилось приемное устройство. Оно состояло из резонансной доски, на которой была установлена проволочная спираль, а внутри нее металлическая спица. Под влиянием изменений в электрической цепи, резонансная доска вибрировала. В такт с нею вибрировали спираль и спица. При этом они издавали звук, который воспроизводила вторая перепонка³³².

Другая конструкция аппарата Ф. Рейса отличалась тем, что на первой перепонке вместо металлической пластинки находилась гибкая ленточка фольги, а вместо резонансной доски с проволочной спиралью и спицей использовался соленоид с сердечником, который издавал звук при перемагничивании³³³.

Созданный И. Ф. Рейсом аппарат был способен передавать по проводам отдельные звуки и даже мелодии, но он не мог воспроизводить членораздельно человеческую речь³³⁴.

Европейская научная общественность не проявила интереса к этому изобретению. Но когда его продемонстрировали в США, здесь начались поиски путей усовершенствования аппарата И.Ф. Рейса. Через несколько лет, уже после смерти изобретателя, они привели к созданию телефона.

Чтобы поющий «аппарат Рейса» «заговорил», необходимо было решить проблему, на которую обратил внимание известный немецкий ученый Герман Гельмгольц³³⁵. Он пришел к выводу, что для передачи звука необходимо воспроизведение «не только его частоты, но и тембра», который «в момент полного перерыва цепи» искажается или же вообще утрачивается³³⁶.

Если при телеграфировании можно было использовать прерывистые электрические сигналы, для передачи звука нужен был непрерывный электрический ток³³⁷.

В связи с этим следует вспомнить, что к тому времени уже был найден способ передачи телеграфных сообщений не только с помощью замыкания и размыкания электрической цепи, но и с помощью электромагнитных колебаний. Вспомним хотя бы изобретение Г. И. Морозова³³⁸.

«Первым, кто при экспериментах обнаружил способность гармонического телеграфа воспроизводить звук с сохранением тембра, – пишет А. В. Яроцкий, – был американский физик Эллайша Грей. О своем изобретении он сообщил в печати в августе 1874 г. Однако закончил разработку изобретения и подал заявку на патент лишь 14 февраля 1876 г., назвав изобретение «Устройство для передачи и приема вокальных звуков телеграфным способом»³³⁹.

Мы не знаем, был ли Э. Грей знаком с изобретением Г. И. Морозова, но он использовал для преобразования механических, в данном случае звуковых колебаний в электрические жидкостный микрофон³⁴⁰.

В тот же день, но на 2 ч раньше заявку на изобретение телефона подал другой изобретатель Александр Белл (1847–1922)³⁴¹.

Александр Белл являлся специалистом по акустике и ораторскому искусству. Его дед был основателем ораторской школы в Лондоне, а отец профессором риторики в Лондонском университете. В 1870 г. его семья переселилась в Канаду, затем А. Белл переехал в США и в 1873 г. стал профессором вокальной физиологии в школе ораторского искусства Бостонского университета. Здесь он открыл собственную школу и стал заниматься с глухонемыми детьми³⁴².

В 1875 г. Александр Белл и его помощник Томас Ватсон производили опыты, пытаясь создать «поющий телеграф». Во время одного из них, когда они находились в разных комнатах, Т. Ватсон нажал кнопку, чтобы привести в действие звонок, однако магнит притянул к себе молоточек звонка и не отпустил его. Когда Т. Ватсон оттянул молоточек от магнита рукой, в другой комнате на приемном аппарате раздался какой-то звук³⁴³.

А. Белла заинтересовал этот эффект. И вскоре он понял, что совер-шенно случайно сделал открытие. Оказывается, для превращения звуковых колебаний в электрические совсем не обязательно, чтобы мембрана замыкала и размыкала электрическую цепь. Для этого достаточно, чтобы она меняла существующее вокруг цепи электромагнитное поле.

«Понять суть открытого Белом принципа, – пишут авторы книги «История вещей», – можно, если представить постоянный магнит, в поле которого находится гибкая пластина, способная колебаться под действием звуковых волн. При приближении пластины к полюсу магнита его поле будет усиливаться, а при движении в обратном направлении – ослабевать. Это происходит вследствие электромагнитной индукции: в металлической пластине, движущейся в магнитном поле, возникает ток, создающий вокруг пластины собственное поле. Оно накладывается на поле магнита и при колебании пластины усиливает его или ослабляет»³⁴⁴.

И далее: «Поместив такой магнит в катушку с проволокой, можно обнаружить, что при колебаниях магнитного поля в нем возникает переменный электрический ток. Если его направить на обмотку другого магнита, ток будет вызывать колебания магнитного поля, полностью повторяющие колебания первого магнита. Стоит поместить у полюса принимающего магнита металлическую пластину, аналогичную той, что находится в поле передающего магнита, поле придет в движение, воспроизводя звуковые колебания»³⁴⁵.

14 февраля 1876 г. А. Г. Белл подал в Вашингтонское патентное бюро заявку на изобретение «Телеграф, при помощи которого можно передавать человеческую речь». 7 марта он получил патент, а 10 марта передал на расстояние 12 м (по проводу, который соединял его квартиру с лабораторией на чердаке) распоряжение своему помощнику Томасу Ватсону: «Идите сюда. Мистер Ватсон. Вы мне нужны». И услышал в ответ: «Мистер Белл, я отчетливо слышу каждое произнесенное Вами слово»³⁴⁶.