Александр Грэхем Белл в год изобретения им телефона
Белл пытался усовершенствовать метод одновременной посылки нескольких телеграфных сигналов по одному проводу. Для этой цели он в качестве передающего и приёмного устройств использовал наборы металлических вибрирующих "язычков" (пластинок), каждый из которых воспроизводил определённый музыкальный звук. На концах "язычков" Белл сделал контакты, которые при вибрации соединялись или разъединялись с контактами электрической цепи, и пропущенный через передающее устройство электрический ток должен был прерываться. Все сигналы передавались бы одновременно, но каждый принимающий "язычок" воспринимал только свой сигнал, соответствующей частоты, а остальные сигналы игнорировал. Таким образом, сигналы должны были отбираться в соответствии с их частотой, примерно так, как это бывает, когда мы настраиваем современный приёмник на нужную радиостанцию.
Рисунки к патентной заявке Белла. Прослеживается трансформация "гармонического телеграфа"
Это случилось второго июня 1875 года. Белл настраивал одну из пластинок своего приёмного устройства; его помощник Томас Ватсон, находившийся в другой комнате, на расстоянии около 18 метров, наблюдал за передающим устройством. Передающая пластинка застряла, и Ватсон попытался освободить её, но безуспешно. Контакты на пластинке расплавились, так как не сработали на разъединение и подверглись воздействию постоянного тока вместо переменного в течение продолжительного времени. В момент, когда Ватсон пытался оторвать непокорную пластинку от контакта, Белл наклонился к приёмному устройству и отчётливо услышал слабые звуки, похожие на те, которые издаёт натянутая струна. Этот момент и следует считать моментом рождения телефона[40].
А ещё через три дня после этого вечером 10 марта 1876 г. Белл передал по электрическому телефону, соединявшему его квартиру с лабораторией, расположенной на чердаке того же дома, фразу, адресованную помощнику Ватсону:
Говорит Белл, Грэхем Белл. Если вы меня слышите, подойдите к окну и помашите мне шляпой.
В следующий момент Белл увидел, как Ватсон, высунувшись из окна квартиры, яростно машет шляпой. "Действует, действует! Мой телефон действует!", — с неистовой радостью закричал Белл.
В июне того же года Белл впервые публично демонстрировал телефон на Первой всемирной электротехнической выставке в Филадельфии. А уже в августе 1876 г. в США были установлены первые 778 телефонов.
Набросок первой конструкции телефона в блокноте Белла
Белл тут же понял, что произошло (важен принцип!), хотя по проводу был передан один единственный сигнал – музыкальный звук. Значит, сигналы и других частот можно будет передавать тем же самым способом! А если расширить полосу частот, появится возможность передавать на расстояние человеческую речь! После этого изготовление модели телефона зависело только от разработки отдельных деталей.
Телефон Белла был чрезвычайно прост. Он состоял из металлической диафрагмы, помещённой в поле подковообразного магнита. Диафрагма, вибрирующая под действием звуковых волн, генерировала колебания электрического тока, которые передавались по проводам. Идентичное устройство на другом конце провода превращало электрические колебания в звуковые.
Жидкостной микрофон Белла. У колеблющегося погруженного электрода – платинового стерженька – пульсирует площадь соприкосновения с электролитом
Приёмная часть телефона Белла сохранилась почти без изменений до наших дней. Примерно так же устроены и громкоговорители в современных радиоприёмниках. Что касается передающего устройства, то оно оказалось неудовлетворительным и после довольно продолжительного спора о патентном праве было заменено угольным микрофоном, изобретённым Эдисоном[41] и также с небольшими изменениями сохранившимся до нашего времени. Телефон – пожалуй, единственное изобретение, которое с момента своего появления претерпело столь незначительные изменения.
Телефон быстро распространился по всему миру. Он был необходим и в то же время так прост в обращении (в рекламе того времени говорилось: "Обращение с ним не требует никакой квалификации, никакой технической подготовки…"), что с ним едва ли могло конкурировать любое другое изобретение того времени. Из истории техники известно, что лишь немногие устройства так быстро, прочно и надолго вошли в нашу жизнь. В течение десяти лет только в Соединённых Штатах было установлено больше 100 000 телефонных аппаратов, через двадцать пять лет их насчитывался миллион. В ту минуту, когда гроб с телом Белла опускали в могилу, в Соединённых Штатах умолкло тринадцать миллионов телефонных аппаратов.
У телефона – Белл. 1892 г.
Появлению и быстрому распространению телефона способствовало и то обстоятельство, что в течение уже тридцати с лишним лет, предшествовавших его изобретению, применялся телеграф. А с точки зрения техники они имеют много общего. Более того, многие действующие телеграфные линии использовались для телефонной связи.
Если бы телефон был изобретён первым (вещь маловероятная, но не невозможная), для его практического применения потребовалось бы гораздо больше времени, хотя бы по той причине, что в то время никто не верил в возможность передачи электрических сигналов на расстояние. Даже в сложившейся ситуации предложение Белла Британскому почтовому ведомству в 1877 году о техническом использовании телефона было отклонено его главным инженером с резолюцией: "Возможность применения весьма ограничена".
Мы не будем в этой книге касаться всех деталей, связанных с признанием телефона и его практическим использованием, однако на некоторых узловых моментах стбит остановиться. К числу их относится забытый теперь эпизод, связанный с патентным правом на изобретение телефона. Как уже упоминалось, Эдисон создал отличный микрофон чрезвычайно простой конструкции. Звуковые волны приводили в колебание диафрагму, которая оказывала различное давление на угольный порошок, находящийся под ней, изменяла его сопротивление, что, в свою очередь, вызывало колебания пропускаемого по передающей цепи тока, соответствующие звуковым колебаниям.
Когда компания "Вестерн Юнион" попыталась запатентовать это изобретение, она встретила неожиданные трудности. Передающее устройство нельзя использовать без приёмного, и юристы компании Белла твёрдо отстаивали право на его изобретение, ссылаясь на то, что одно передающее устройство ещё не является телефоном в законченном виде. Когда Эдисону сообщили о создавшейся ситуации – он в это время работал над другими изобретениями, — Эдисон обещал сделать новое приёмное устройство на совершенно отличном от белловского принципе. И выполнил своё обещание через пять дней. В его устройстве звуки воспринимались только в моменты трения платинового контакта о вращающийся цилиндрический кусок мела. Слушающий должен был всё время вращать ручку, соединённую с цилиндром, если он хотел слышать, что говорят на другом конце провода. Совершенно очевидно, что такое громоздкое устройство долго не просуществовало. И когда интересы Эдисона и Белла столкнулись, выдающийся изобретатель предпочёл изобретательство тяжбе за патентное право.
Можно упомянуть также о таком забавном факте, как изобретение своеобразного микрофона профессором Юзом в 1878 году[42]. Хотите верьте, хотите нет, но микрофон состоял из трёх обычных гвоздей. Два гвоздя укладывались рядом, а третий – сверху, на них, как перекладина лестницы. Когда через это Н-образное устройство пропускали электрический ток, оно становилось чрезвычайно чувствительным детектором звуковых вибраций.
40
Строго говоря, это ещё не был момент рождения телефона. Понадобился нс один месяц на то, чтобы заставить телефон заговорить. Всё это время по проводам, соединявшим передающее и приёмное устройства, удавалось передавать только отдельные звуки, но не членораздельную речь. В процессе работы принцип действия телефона представлялся Беллу всё отчётливее. В конце ноября он подал в американское бюро патентов изобретательскую заявку. Патент на изобретение телефона был выдан Беллу 7 марта 1876 года.
41
Томас Альва Эдисон (1847-1931) усовершенствовал телефон Белла введением индукционной катушки и угольного микрофона своей конструкции, отчего возросли громкость и чёткость передачи.
42
Дэвид Юз (1831-1900) – известный американский физик и изобретатель в области электротехники, автор одной из конструкций буквопечатающего телеграфного аппарата, получившего распространение в Америке и Европе, в частности в России, на линии Петербург-Москва. Кстати, он был первый, кто предложил заменить малоэффективное электромагнитное или платино-жидкостное микрофонное устройство Белла угольным микрофоном.