История телефона

Статья из журнала "Техника-молодёжи" №6 за 1936 год. Автор: инженер М.Белинский.

В статье описан тернистый путь по которому шло человечество к изобретению телефона. Важнейшей разработкой было устройство для преобразования речи в колебания электрического тока, т.е. микрофон, работающий прототип которого разработал немецкий изобретатель Рейс, про которого чаще всего забывают, а многие даже и не знают.

Телефон изобретен 60 лет назад. Много трудов, огромное число исследований в течение долгих лет потребовались для того, чтобы создать это замечательное средство связи. Путь к нему начинается там, где начинается история развития человеческого общества.

Уже первобытный человек ощущал острую необходимость а средствах сношения. Эта необходимость родилась в борьбе с природой! Надо было победить пространство. Условные сигналы первобытный человек передавал пронзительным криком.

Но человеческий голос не в силах перекрыть большие пространства. В лучшем случае он слышен на расстоянии в несколько сот метров. Рассказывается такой случай. Однажды в древнем Риме рабы переносили своего вельможу на роскошном паланкине, вдруг они остановились перед широким, почти в километр озером. Переправа была на другой стороне. Как быть? И вот среди носильщиков нашёлся негр, обладавший мощным голосом. Он закричал так, что его услышали на противоположном берегу. Но такая мощность человеческого голоса является исключительной, если вообще подобный случай был в действительности.

Почему слышимость уменьшается с увеличением расстояния, можно объяснить на следующем примере. Если закрепить один конец веревки, а другим концом сильно взмахнуть, то веревка начнет совершать волнообразные колебания, причем наиболее резкими будут они в начале, а в конце почти незаметными, т. е. колебания будут затухать. Примерно так же распространяются и звуковые колебания: при постепенном отдалении от источника звука размах волн уменьшается и, следовательно, снижается их воздействие на человеческое ухо.

Более резким получается звук при пользовании рожком. Такой способ связи сохранился и до сего времени среди многих африканских племен. Так например, в Абиссинии приказ негуса о всеобщей мобилизации стал известен в самых отдаленных её владениях в тот же день. Сообщение это передавалось с помощью рога из слонового клыка. Такой рог способен издавать до семи различных звуков, слышных на расстоянии в несколько километров.

Нечто подобное существовало и в древней Персии. Вдоль дорог, которых в Персии было много, на некотором расстоянии друг от друга строились высокие башни. На этих башнях помещались часовые с сильными голосами. Сообщение передавалось от одного часового к другому и становилось известным в тот же день за несколько десятков километров.

Принципиально новый шаг в передаче звуковых сигналов — это применение рупора. С его помощью человек может уже передавать на сравнительно большие расстояния собственную речь, а не только отдельные условные сигналы.

Рупор обладает свойством направлять энергию человеческого голоса только в ту сторону, куда этот рупор обращён. Передача звуков, таким образом, получается как бы направленной. Если в воду бросить камень, то от места его падения будут расходиться волны ровными концентрическими кругами. То же происходит и при появлении звука, например при дребезжании колокольчика. От места его возникновения, во все стороны распространяются воздушные волны, и везде звук будет слышен одинаково, в какой бы стороне от колокольчика не находи, лось ваше ухо.

Однако, если слушатель находится, предположим, справа от колокольчика, то совершенно незачем, чтобы звуковая энергия распространялась во все остальные стороны. Послав ту же энергию только в одну определенную сторону, мы можем значительно увеличить дальность передачи. Этим направляющим действием и обладает рупор. Еще в большей степени обладает им труба. Уже 2 тысячи лет назад рупором широко пользовался известный завоеватель Александр Македонский. С помощью рупора он передавал приказания в самые отдаленные отряды, расположенные на протяжении 14 километров.

Когда выяснились акустические свойства труб, т. е. что звук по трубам передаётся значительно дальше, чем просто по воздуху, расстояние между двумя разговорными пунктами значительно увеличилось. Впервые акустические трубы применены были в Англии в конце XVIII века. Разговор производился по гуттаперчевой трубе с двумя рупорами на концах. Французскому физику Био в 1810 г. удалось ясно передать разговор по трубам парижского водопровода на расстояние 901 метра.

Замечательны попытки, которые велись в области передачи звуковых колебаний с помощью натянутого шнура. Впервые мысль об этом высказал в 1667 г. известный физик Роберт Гук: "С помощью натянутого шнура, писал он, — я могу передавать слова на значительные расстояния".

Разговор происходил при помощи двух трубок. У каждой трубки одно отверстие обтягивалось перепонкой из пергамента, бумаги или пузыря. К перепонкам присоединялся шнур, связывающий между собой обе трубки. Если теперь говорить в одну из трубок, то колебания воздуха будут передаваться перепонке, а от неё — шнуру. Шнур заставит точно так же колебаться перепонку на станции приёма, которая и будет воспроизводить передаваемые звуки. Таким путём вполне удачно производился разговор на расстоянии 250 метров. Однако такой способ разговора не выходил за пределы отдельных опытов. Слышимость была все же плохая, даже на сравнительно небольшом расстоянии.

Вопрос о телефоне решило применение электричества. Идею использования электрической энергии для передачи звуковой речи высказал еще в 1854 г. чиновник Парижской телеграфной станции Шарль Бурсель. А шесть лет спустя немецкий учитель Филипп Рейс предложил первый такой аппарат.

Аппарат Рейса состоял из передатчика, приёмника и электрической батареи. Передатчик представлял собой полый ящик с отверстием в верхней крышке. Отверстие это было обтянуто перепонкой из свиной кишки. В одну из стенок ящика вставлялся рупор. К наружной поверхности перепонки прикреплялась тонкая платиновая пластинка, а на небольшом расстоянии от нее — платиновый штифт.

Приёмник заключал в себе катушку из ряда витков толстой проволоки, которая наматывалась на стержень из мягкого железа (вязальная шпилька). Концы сердечника опирались на деревянные стоечки.

При разговоре в рупор колебалась перепонка в передатчике. При этом платиновая пластинка то касалась штифта, то вновь отходила от него. При каждом замыкании пластинки и штифта в линию устремлялся электрический ток от батареи. Проходя по обмотке катушки в приёмнике, прерывистый электрический ток намагничивал её сердечник то сильнее, то слабее. Сердечник при этом звучал и воспроизводил, таким образом, звуки, принятые передатчиком. Для большего усиления звука катушка прикрывалась коробкой с двумя слуховыми отверстиями (резонатор).

Звучание сердечника происходит потому, что намагничивание железа вызывает резкое изменение всей его структуры. Каждый металл состоит из большого количества миниатюрных магнитиков. В обычном состоянии они находятся в металле в самых разнообразных положениях. При поднесении магнита к куску железа каждый магнитик в нем мгновенно поворачивается в одну определенную сторону. Эта "электрическая встряска" происходит настолько сильно, что металл при этом звучит. Так звучит (поет), например, трансформатор, включенный в сеть переменного тока.

Аппарат Рейса с трудом воспроизводил человеческую речь. Согласные почти совершенно не получались. Несколько лучше передавались музыкальные звуки, поэтому аппарат этот и был назван "музыкальным телефоном".

В то время никто не понял колоссальной ценности этой первой попытки применения электричества к передаче человеческой речи. Повторилась история, обычная для капиталистического общества: гениальная идея была осмеяна, и сам изобретатель умер в глубокой нужде, всеми забытый.

Сильное развитие капитализма, непрерывный рост деловых сношений требовали новых, более совершенных средств связи. Вторая половина XIX века — это момент активной монополизации промышленности в странах Европы и Америки, период острой конкуренции между возникающими капиталистическими объединениями. И ни электрический телеграф, сеть которого к этому моменту была уже значительно развита, ни даже гигантский рост железных дорог не в состоянии были обслужить разностороннюю деятельность мощных капиталистических монополий.

Нужна была связь, способная наладить бесперебойное движение огромных масс сырья, фабриката и полуфабрикат, связь, способная развязать руки всемирной спекуляции, держать её в курсе всех цен товаров в любой день и час, связь, способная без больших капитальных затрат мгновенно передавать распоряжения в самые отдаленные уголки земного шара. Поэтому понятно, почему попытки передачи человеческого голоса на большие расстояния с помощью электричества не прекращались. Вскоре эти попытки увенчались успехом.

В 1876 году появилось сообщение, что американец Белл изобрел удивительно простой прибор для передачи по проводам человеческой речи, названный им телефоном. Сообщению не поверили. Изобретателю стоило колоссальных трудов, чтобы доказать практическую ценность своего изобретения.

Белл не был электротехником. Он был учителем глухонемых в одной из небольших американских школ и долгое время работал над конструкцией прибора, с помощью которого можно было бы наглядно передавать глухонемым человеческую речь. Прибора такого Белл не придумал, но эти работы помогли ему изобрести телефон.

Телефон Белла был основан на известном к тому времени явлении: на возбуждении электрического тока в катушке при пересечении ее различным числом магнитных силовых линий. Это явление было открыто в 1820 году гениальным английским физиком Фарадеем. Между полюсами всякого магнита существует невидимое поле из магнитных силовых линий. Если мы кусок проволоки присоединим к прибору, способному обнаруживать ток, например гальванометру, и перед проволокой начнем быстро размахивать магнитом так, чтобы его силовые линии пересекали проволоку, то в ней при каждом взмахе магнита будет появляться электрический ток, на что укажет отклонение стрелки гальванометра.

На этом принципе работал и телефон Белла. Его телефон состоял из постоянного магнита, который одновременно служил и сердечником катушки. К одному из полюсов магнита прикреплялась стальная пластинка. Эта пластинка соединялась посредством небольшой пробки с деревянным кольцом, обтянутым перепонкой из животного пузыря.

Силовые линии между полюсами магнита замыкались через стальную пластинку. Через воздух магнитные силовые линии проходят с большим трудом, а через сталь пластинки — почти без всякого сопротивления. Когда воздушный промежуток (сопротивление) уменьшается, число силовых линий между полюсами возрастет. В телефоне Белла звук человеческого голоса колебал перепонку, которая передавала эти колебания стальной пластинке, благодаря чему происходило попеременно то увеличение, то уменьшение магнитных силовых линий между полюсами магнита. При этом магнитные силовые линии пересекают витки катушки, и поэтому в этой катушке возникает переменный электрический ток. Так работал передатчик телефона. Он превращал звуковые колебания человеческого голоса в колебания электрического тока, которые из катушки передатчика направлялись в линию и затем в приемник.

Таким образом для разговора необходимо было иметь два телефона, соединенных между собой двумя проводами.

В телефоне-приемнике поступившие электрические колебания то сильнее, то слабее намагничивали сердечник катушки, благодаря чему с различной силой притягивалась и стальная пластинка. Ее колебания передавались перепонке. А эти колебания перепонки и воспроизводили звуки, посланные с места передачи.

Для вызова в первоначальном телефоне Белла применялся свисток. Резкий звук свистка передавался по телефону и, разумеется, мог быть услышан лишь в том случае, если вызываемый "абонент" находился у своего аппарата.

Конструктивно телефон Белла был позже несколько переделан. В нем был устроен подковообразный магнит с катушечками на его полюсах. Перед магнитом помещалась железная мембрана.

Практическая ценность изобретения была настолько очевидной, что вслед за его опубликованием началась лихорадочная конструктивная работа по усовершенствованию телефона Белла. В первую очередь было устранено неудобство вызова. В аппарате Вадена вызов производился уже нажатием телефонного ключа, посылающего ток к звонку в другом аппарате. Дальность передачи стремились повысить увеличением размеров магнитов, что в свою очередь вызывало и увеличение размеров трубки.

Разговаривать с одной телефонной трубкой было очень неудобно. В аппарате Симменса это неудобство было устранено. Две телефонные трубки соединялись параллельно, причем в одну из них, укрепленную в крышке аппарата, говорили, а в другую, висящую обычно на рычаге аппарата, слушали. Здесь вызов производился вращением ручки индуктора в аппарате.

Телефон завоевал себе признание с молниеносной быстротой. Через пять лет после появления изобретения Белла количество телефонов в Америке выросло до 30 тысяч аппаратов. Но всё же не обошлось и без жёстокой борьбы. Естественно, что многие предприниматели и особенно железнодорожные компании видели в телефоне опасного конкурента и всячески препятствовали его распространению.

Характерно, как встретило появление телефона духовенство. Против телефона было организовано целое религиозное движение. Баптисты причислили телефон к "изобретению дьявола". Их национальный съезд во Флоре принял резолюцию, предписывающую всем баптистам не только не пользоваться телефоном, но и требовать его удаления из своего дома. Однако вскоре баптисты сообразили, что это достижение науки можно с большой выгодой прибрать к рукам. Например, в местечке Кронфорд в Англии открылась недавно новая церковь. Построенная у автомобильной дороги, эта церковь отличается необычайным оборудованием. Фасад из стали и стекла напоминает модное кафе. Проезжающие по дороге слышат усиленный громкоговорителем голос священника: "Служба начинается через 10 минут, заходите!" Вместо деревянных скамеек, в церкви устроены вращающиеся кресла и телефон у каждого столика. Кроме того, в церкви предполагают построить купальный бассейн, дансинг, кафе и кинематограф. Вот как телефон - "трубка дьявола" — стал в ловких руках мракобесов "гласом божьим".

Слово "телефон" имеет в технике два понятия. Во-первых, этим слоном обозначают весь телефонный аппарат в целом и, во-вторых, телефоном называется слуховая трубка. Мы видели, что в первых аппаратах и говорили и слушали в одинаковые трубки-телефоны. Но такая трубка-телефон может быть только хорошим приемником, а как передатчик она не годится. Это ограничивало дальность действия аппарата.

Инерция телефонной мембраны настолько велика, что мембрана не в силах повторить все колебания воздуха при разговоре в телефон. Поэтому, когда телефоном пользуются в качестве разговорной трубки, получается не только слабая слышимость, но и сама речь значительно искажается.

Но вот в 1878 году профессор Юз изобретает новый передатчик - микрофон. Это было крупнейшим событием в истории телефона.

Профессор Юз был известным и весьма культурным музыкантом. Он является автором буквопечатающего телеграфного аппарата, названного его именем.

Микрофон Юза представлял собой угольный стержень, поставленный вертикально. Своими заостренными концами этот стержень упирался в угольные колодочки. Если теперь говорить перед этим микрофоном, то звуковые колебания воздуха заставят угольный стержень слегка вибрировать в колодочках. Даже самые незначительные колебания стержня настолько сильно изменяют сопротивление между его концами и угольными колодочками, что вызывают резкие изменения электрического тока в общей цепи, в которую включен микрофон.

Даже сам изобретатель был поражен чувствительностью своего передатчика: "Если по стойке, на которой укреплен стержень, — говорил он, — ползет муха, то ее движение за несколько сот метров раздается в телефоне, как конский топот".

С этого момента в телефонном аппарате появились отдельно микрофон, несущий на себе обязанности передатчика, и телефон, выполняющий роль исключительно приёмника.

С применением индукционной катушки, предложенной Эдисоном, схема телефонного аппарата приобрела тот вид, который она имеет и в настоящее время.

Индукционная катушка состоит из сердечника (железный стержень), на который намотаны две обмотки,— первичная, находящаяся ближе к сердечнику, и вторичная. Число витков во вторичной обмотке в несколько раз больше, чем в первичной. Если по первичной обмотке пропустить переменный ток, то вокруг нее создается изменяющееся магнитное поле. Силовые линии этого поля будут пересекать и нитки вторичной обмотки, поэтому в этой обмотке также возникает переменный ток. Благодаря тому, что число витков во вторичной обмотке больше, то и возникающий в ней ток будет значительно большего напряжения.

Если вторичную обмотку включить в линию, соединяющую один телефон с другим, то дальность передачи намного увеличится. Таким образом индукционная катушка Эдисона превратила телефон в наиболее совершенный и удобный вид связи.

Последующие телефонные аппараты снабжались уже специальным микрофонным ящичком, в котором помещалась маленькая угольная колодочка, приходящая в соприкосновение с железной мембраной и индукционной катушкой. Такие аппараты, выпускаемые компанией Белла, применялись долгое время и в России.

Ещё большие удобства для разговора создало соединение микрофона и телефона в так называемую микротелефонную трубку, которая применяется в телефонных аппаратах и в наше время. Современный микрофон конструктивно отличается от первоначального: угольные палочки заменены угольным порошком, железная мембрана заменена угольной, как наиболее эластичной. Все это значительно увеличивает чувствительность микрофона.

Советская телефония начала свое существование почти с пустого места. Полукустарные сборные мастерские шведской фирмы "Эриксон" и немецкой "Гейслер" — вот все, что осталось в наследство от царской России. Аппаратура, производимая в этих мастерских, не была стандартной. Так, "Эриксон" выпускал до 40 различных типов телефонов: настольный, стенной, висячий, лежачий, будуарный, кабинетный, индукторный, батарейный и т. п. — на каждый случаи жизни. Массовое производство при таком большом ассортименте наладить, конечно, не было никакой возможности. Нужно было сконструировать такой аппарат, который с успехом заменил бы всю эту разношерстную кучу.

В течение нескольких лет работали наши инженеры и конструкторы над разрешением этой задачи. Наконец, рабочий ленинградского завода "Красная заря" т. Шнейдер предложил проект такого телефонного аппарата, который блестяще выдержал испытание и был пущен в массовое производство. Схема этого аппарата позволила больше чем в два раза увеличить выпуск завода без всякой переделки оборудования. Называется он унифицированным (универсальным) телефонным аппаратом. Он способен изменять свою внешность в течение нескольких минут. Он может быть настольным. Но стоит вывернуть несколько винтов, перевернуть рычаг, на котором покоится трубка, и телефон превращается в стенной. Выньте из трубки аппарата круглую крышку, вставьте на ее место номерной диск, и аппарат превращается в автоматический, настольный или стенной, по вашему желанию.

За последние годы производство телефонной аппаратуры в Советском союзе сильно возросло. Ни один аппарат не ввозится в настоящее время из-за границы. Производством телефонного оборудования заняты многие заводы: "Красная заря" в Ленинграде, Горьковский завод, Актырский завод, завод им. Орджоникидзе... Сейчас в нашем Союзе создается новая промышленная база для телефонного оборудования – это Краснодарский комбинат телефонной аппаратуры.

Телефон проник во все поры нашей хозяйственной и политической жизни. Телефон нашел себе место в глубоких шахтах, на воздушных кораблях, в скафандрах водолазов, на стратостатах. Недавно ударники-связисты Кабардино-Балкарии (Сев. Кавказ) протянули телефонные провода на вершину высочайшей горы Европы — Эльбрус.

Телефон в Советском союзе получает небывалое развитие.