Передача
Изобретения
Телефонная связь
Датой рождения первого электрического телефона считается 14 февраля 1876 г. В этот день в американское патентное ведомство поступило две заявки на аппарат для передачи звуков на расстояние посредством электрического тока. Первая принадлежала американскому преподавателю школы глухонемых А. Г. Беллу. Вторая, поступившая на два часа позже, – американскому физику И. Грею.
Обе заявки были вовсе не подобные, а принципиально различны. Белл сконструировал электромагнитный передатчик (микрофон), в котором передаваемый в линию ток изменялся вследствие изменения магнитного потока. Грей же предлагал совершенно иной метод изменения тока – вследствие изменения при колебаниях мембраны электрического сопротивления столбика проводящей жидкости. Не останавливаясь на сопоставлении достоинств и недостатков обоих устройств, отметим главное. Белл патентовал почти готовое устройство. Грей же подал лишь предварительное уведомление о намерении изобрести устройство с указанием предлагаемого принципа его действия.
Но было бы несправедливо приписывать лавры отца телефонии только лишь А. Беллу. Его изобретению предшествовали работы многих ученых. Прообраз телефонного аппарата, так называемую «ворчащую проволоку», в 1837 году создал американский ученый Ч. Пейдж. Он обнаружил явление, названное им гальванической музыкой, – прерывистый ток, протекающий по обмотке электромагнита и вызывающий звуки определенного тона.
В 1860 г. учитель физики школы г. Фридрихсдорфа (Германия) Филипп Рейс (1834–1874), в старом школьном сарае из подручных средств (пробка от бочонка, вязальная спица, старая разбитая скрипка, моток изолированной проволоки и гальванический элемент) создал аппарат для демонстрации принципа действия уха. Его аппарат состоял из передатчика, гальванической батареи, соединительного провода и приемника. Под воздействием звуковых волн перепонка передатчика приходила в колебание, то погружая в ртуть, то извлекая из нее платиновый штифт, связанный линейным проводом с одним концом медной обмотки катушки приемника. Другой конец заземлялся. При этом в цепи создавался прерывистый ток, под действием которого стальной стержень приемника намагничивался и размагничивался, что и обусловливало его звучание. Свой аппарат, назвав «телефоном», он продемонстрировал 26 октября 1861 г перед членами Физического общества Франкфурта. По сути это был «музыкальный телефон» передающий звуки по проводам, но это были лишь отдельные звуки с искаженным тембром. Именно поэтому электрический телефон Рейса никакого успеха не имел. В печати появилось несколько полуиронических и полусерьезных статей, а немецкий журнал «Гартенлаубе» дал в 1863 г. его описание как игрушки. Механик из Германии изготовил в разном оформлении 10–20 телефонов Рейса. Несколько из них даже продал. Один из экземпляров очутился в шотландском университете в Эдинбурге, в котором в то время учился американец английского происхождения Александр Грэхем Белл.
В Германии Рейс не был ни оценен, ни признан. Тогда он отправился в Америку, где его арестовали как шарлатана, пытающегося вымогать деньги на сомнительную затею – «на постройку аппарата, с помощью которого будто бы можно будет передавать человеческую речь по проводам на любое расстояние. Свой аппарат он специально назвал «телефоном», явно подражая названию «телеграф», чтобы было легче обмануть людей, слышавших об успехах телеграфного аппарата, но не знающих принципа его действия. Специалисты считают, что нельзя посылать голос по проводам, как передают азбуку Морзе. Впрочем, если бы это и было возможным, то так и не имело бы никакого практического применения», писала газета «Метрополиен» .
Практически параллельно, в 1869 году профессором Харьковского университета Ю. И. Морозовым был разработан передатчик, представляющий собой сосуд, наполненный токопроводящей жидкостью с двумя опущенными в нее электродами. Один из них был изготовлен в виде металлической пластинки с жестко укрепленным концом. При ее колебании между ней и неподвижным электродом по синусоидальному закону изменялось электрическое сопротивление. Соответственно изменялся и ток в цепи. Передатчик Морозова представлял собой прообраз микрофона.
Еще в годы учебы, ознакомившись с телефоном Рейса, Белл решил создать аппарат, превращающий звуки в световые сигналы. Он надеялся с его помощью научить говорить глухих детей. Начиная с 1873 г. он пытался сконструировать гармонический телеграф, способный передавать по одному проводу одновременно семь телеграмм (по числу нот в октаве). Для этого он использовал семь пар гибких металлических пластинок, подобных камертону, при этом каждая пара настраивалась на свою частоту. Во время одного из опытов 2 июня 1875 г. свободный конец одной из пластинок на передающей стороне линии приварился к контакту. Помощник Белла механик Томас Ватсон, безуспешно пытаясь устранить неисправность, чертыхался. Находящийся в другой комнате и манипулировавший приемными пластинками Белл своим чутким натренированным ухом уловил звук, дошедший по проводу. Самопроизвольно закрепленная на обоих концах пластинка превратилась в своеобразную гибкую мембрану и, находясь над полюсом магнита, изменяла его магнитный поток. Вследствие этого поступавший в линию электрический ток изменялся соответственно колебаниям воздуха, вызванным бормотанием Ватсона. Практически, это и был момент зарождения телефона.
Патентную заявку на этот телефон он подал 14 февраля 1876 г., а 7 марта получил патент. Спустя три дня –10 марта 1876 г. – по 12-метровому проводу, соединявшему квартиру Балла с лабораторией на чердаке, состоялась передача первой членораздельной фразы, ставшей исторической: «Мистер Ватсон, идите сюда. Вы мне нужны!». Несмотря на положительный результат, изобретение долгое время не находило практического применения.
Правда, будучи уже знаменитым и богатым, Белл сказал: «Я изобрел телефон благодаря своему незнанию электротехники. Ни один человек, хотя бы элементарно знакомый с электротехникой, ни за что бы не изобрел телефона». Зерно истины в этом заявлении есть, так как его аппарат был необыкновенно прост, а если следовал бы Белл всем законам электротехники, конструкция должна была быть намного сложнее…
Как упоминалось выше, первый телефон с постоянным магнитом, являющийся прообразом нынешнего, был создан в 1878 г. и получил название «трубки Белла». В цилиндрическом деревянном корпусе располагался стержневой магнит с обмоточной катушкой на конце – вблизи металлической мембраны. Выводные концы обмотки через медные стержни соединялись с зажимами телефонной цепи. Рупор служил для концентрации колебаний воздуха, как при передаче речи, так и ее прослушивании. При ведении переговоров трубку Белла необходимо было прикладывать попеременно то ко рту, то к уху, либо пользоваться двумя трубками одновременно. Поэтому в общественных местах, где был установлен телефон, висело предупреждение: «Не слушайте ртом, не говорите ухом». Аппаратом заинтересовались деловые круги, которые и помогли изобретателю основать «Телефонную компанию Белла». Впоследствии она превратилась в могущественный концерн.
В 1878 г. Д. Э. Юз доложил Лондонскому королевскому обществу, членом которого он состоял, об открытии им микрофонного эффекта. Исследуя плохие электрические контакты, Юз обнаружил, что колебания плохого контакта прослушиваются в телефоне. Испробовав контакты, изготовленные из различных материалов, он убедился, что эффект с наибольшей силой проявляется при применении контактов из прессованного угля. Основываясь на этих результатах, Юз в 1877 сконструировал телефонный передатчик, названный им микрофоном. «Компания Белла» использовала новое изобретение Юза, так как эта деталь, отсутствовавшая в первых аппаратах Белла, устраняла основной их недостаток – ограниченность радиуса действия.
Над усовершенствованием телефона трудились многие изобретатели (В. Сименс, Адер, Говер, Штэкер, Дольбир, П. М. Голубицкий и др.). Российский ученый Михальский в 1879 году первым в мире применил угольный порошок в микрофоне. Это принцип используется до настоящего времени. Впервые введя в схему телефонного аппарата индукционную катушку и применив угольный микрофон из прессованной ламповой сажи, Эдисон обеспечил передачу звука на значительное расстояние.
Первая телефонная станция была построена в 1877 г. в США по проекту венгерского инженера Т. Пушкаша (1845– 1893), в 1879 г. телефонная станция была сооружена в Париже, а в 1881 г. – в Берлине, Петербурге, Москве, Одессе, Риге и Варшаве . Однако телефонная связь оказалась настолько низкокачественной, что в 1883 г. на Мюнхенской электротехнической выставке официальная экспертиза вынуждена была признать, что телефон «пригоден для передачи звуков только на расстояния до десяти километров».
Конструкции многополюсных телефонов, которые успешно выдержали испытания при переговорах на расстояния, превышающие 350 км, впервые создал русский физик Павел Михайлович Голубицкий. В 1883 г. он проанализировал причины неудовлетворительной работы телефонной связи и обнаружил, что низкая чувствительность и неустойчивость работы телефона объясняются расположением магнита одним полюсом против центра мембраны, поскольку именно в центре мембраны образуется узел колебаний. Простейший из созданных Голубицким телефонов – с двумя полюсами, расположенными эксцентрично относительно центра мембраны, прочно вошел в эксплуатацию. В 1883 г. во Франции успешно прошла проверка аппаратов Голубицкого на линии Париж – Нанси. Русский изобретатель получил извещение, что комиссия французского морского министерства признала его телефоны непревзойденными.
К числу изобретений Голубицкого относятся: многополюсный телефон, телефон-фонограф, микрофон с угольным порошком (1883) и с гребенчатым расположением углей (1885), рычаг переключения с вызова на разговор, объединение телефона и микрофона в единое устройство–трубку, поездной телефонный аппарат, система центральной батареи для питания абонентских аппаратов .
Для последующего развития телефонных сетей имела большое значение предложенная П. М. Голубицким (1845 – 1911) в 1885 г. схема телефонной станции с электропитанием от центральной батареи, расположенной на самой станции. Эта система питания телефонных аппаратов позволяла создать центральные телефонные станции с десятками тысяч абонентских точек. В 1882 г. П. М. Голубицкий изобрел высокочувствительный телефон и сконструировал настольный телефонный аппарат с рычагом для автоматического переключения схемы с помощью изменения положения телефонной трубки. Этот принцип сохранился во всех современных аппаратах. В 1883 г. им же был сконструирован микрофон с угольным порошком.
В 1887 г. русский изобретатель К. А. Мосницкий создал «самодействующий центральный коммутатор»[13] – предшественник автоматических телефонных станций (АТС).
В 1893 г. русские изобретатели М.Ф. Фрейденберг (1858 – 1920) и С. М. Бердичевский – Апостолов предложили «телефонный соединитель». Демонстрация макета этой станции на 250 номеров, изготовленного в мастерской Одесского университета, не получила одобрения в России. В дальнейшем Фрейденберг, находясь уже в Англии, в 1895 г. запатентовал одним из важнейших узлов декадно-шаговых АТС –
Конец XIX – начало XX в. были связаны с бурным строительством сети телефонной связи. Первые сети телефонной связи создавались в городах. Сначала устанавливалась одна телефонная станция. Это означает, что первые городские телефонные сети (ГТС) были нерайонированными. Система связи состояла из трех элементов: терминал, сеть доступа и коммутатор, работа которого была невозможна без участия человека. Сеть доступа представляла собой совокупность абонентских линий (АЛ). Первые АЛ были созданы на базе воздушных линий связи. В литературе приводятся интересные сведения о строительстве телефонной сети в Санкт-Петербурге: «… вся сеть проектировалась на столбах по однопроводной схеме с использованием проволоки диаметром 2,2 мм». Подобный подход был типичен для конца XIX века и начала прошлого столетия. Провода обычно подвешивались на столбах. Подведение проводов к телефонной станции осуществлялось через специальные стойки. Суммарное число проводов, которые должны были подключаться к коммутаторам, исчислялось десятками и даже сотнями. Высота соответствующих стоек достигала на некоторых телефонных станциях 13 метров. Внутри городов связь осуществлялась как по проводам воздушной телефонной сети, так и посредством прокладки подземных кабелей, для чего использовали трубопроводы и кабельные колодцы.
Для обеспечения связи между городами прокладывались магистральные линии связи.
В 1915 г. инженер Б. И. Коваленков разработал и применил в России первую дуплексную телефонную линию связи на триодах. К концу первого десятилетия ХХ в. уже действовало свыше 200 тысяч АТС.
About these ads
|
Хранение
Изобретения
Телефон, наверное, основное средство связи начала ХХ века, родился значительно позже своего предшественника телеграфа. Уже тогда, когда телеграф стал основным, не считая почты, средством связи и передачи информации.
Между тем многие изобретатели мечтали о более совершенном и коммуникабельном способе связи, с помощью которого можно было бы передавать на любые расстояния живой звук человеческой речи или музыку.
Первые эксперименты в этом направлении предпринял в 1837 году американский физик Пейдж. Суть опытов Пейджа была очень проста.
Он собрал электрическую цепь, в которую входили камертон, электромагнит и гальванические элементы. Во время своих колебаний камертон быстро размыкал и замыкал цепь. Этот прерывистый ток передавался на электромагнит, который так же быстро притягивал и отпускал тонкий стальной стержень. В результате этих колебаний стержень производил поющий звук, подобный тому, который издавал камертон. Таким образом, Пейдж показал, что передавать звук с помощью электрического тока в принципе возможно, надо только создать более совершенные передающее и принимающее устройства.
Следующий важный этап в развитии телефонии связан с именем английского изобретателя Рейса. Еще в студенческие годы Рейс заинтересовался проблемой передачи звука на расстояние при помощи электрического тока. К 1860 году он сконструировал до десятка различных устройств.
Прошло еще 15 лет, прежде чем шотландский изобретатель Александр Белл нашел более совершенный способ преобразования звуков в электрические сигналы. Первые его эксперименты повторяли работы Пейджа.
Летом 1875 года Белл и его помощник Томас Ватсон сделали установку, состоявшую из магнитов с подвижными язычками, которые приводились в действие колебаниями тока. В цепь с магнитами включались различные устройства Ватсон и Белл находились в соседних комнатах. Ватсон передавал, а Белл принимал.
Однажды, когда Ватсон нажал на кнопку в конце провода, чтобы привести в действие звонок, испортился контакт, и электромагнит притянул к себе молоточек звонка. Ватсон попытался оттянуть его, вследствие чего вокруг магнита возникли колебания. Движение пружины, произведенной Ватсоном, изменило интенсивность тока и вызвало колебательные движения в пружине противоположной станции в комнате Белла, и провод передал совсем слабый звук первого телефона.
Так, совершенно случайно, Белл обнаружил, что магнит с легким якорем может быть и передатчиком и приемником сигнала. После этого осуществить передачу и воспроизведение звука с помощью электрического тока уже не представляло большого труда.
Чтобы понять, как это происходит, представим себе постоянный магнит и поблизости от него гибкую железную пластину, которая колеблется под действием звуковых волн. Приближаясь к полюсу магнита, она будет усиливать его магнитное поле, а удаляясь от него — ослаблять. Не вдаваясь в подробности, заметим, что причиной этому будет то же явление электромагнитной индукции. В пластине, которая движется в магнитном поле, будет возникать электрический ток; этот ток будет создавать вокруг пластины собственное магнитное поле, которое и будет налагаться на магнитное поле магнита, то усиливая, то ослабляя его.
Теперь поместим на наш воображаемый магнит катушку с проволокой. При колебаниях магнитного поля в катушке будет возникать переменный электрический ток, причем, то в одну, то в другую сторону. Пропуская полученный ток через обмотки другого магнита, мы будем влиять на его магнитное поле, которое тоже будет то возрастать, то убывать, причем в точности повторяя все изменения, происходящие в магнитном поле первого магнита. Если у полюса этого второго, принимающего магнита поместить железную пластинку, она будет то притягиваться к этому магниту под действием усиливающегося магнитного поля, то удаляться от него под влиянием своей упругости и при этом порождать звуковые волны, во всем подобные тем, что привели в колебание первую пластинку.
Собственно, это и произошло при описанных выше обстоятельствах. Роль железной пластины здесь сыграл гибкий якорь магнита. Но это было слишком грубое приспособление, не способное передать многих нюансов звука. Белл стал искать, чем можно его заменить.
Один знакомый врач предложил ему воспользоваться для экспериментов человеческим ухом и раздобыл ему ухо от трупа. Внимательно изучая его строение, Белл установил, что звуковые волны приводят в колебание барабанную перепонку, от которой они передаются на слуховые косточки. Это навело его на мысль сделать тонкую металлическую мембрану, поместить ее рядом с постоянным магнитом и, таким образом, превратить звуковые колебания в электрические.
Прошло несколько месяцев напряженного труда, прежде чем телефон заговорил. Только 10 марта 1876 года Ватсон отчетливо услышал на приемной станции слова Белла: «Мистер Ватсон, пожалуйста, придите сюда, мне нужно с вами поговорить».
Еще раньше, 14 февраля, Белл сделал патентную заявку на свое изобретение. Всего через два часа после него такую же заявку на идентичный аппарат подал другой изобретатель — Илайша Грей. Однако патент был выдан в марте Беллу, поскольку он первый заявил о своем открытии. (Позже Беллу пришлось вести несколько судебных процессов с Греем и другими изобретателями, отстаивая свое первенство).В конце концов, Белл купил у Грея право на эксплуатацию телефона. На выставке в Филадельфии, проходившей в том же году, телефон Белла сделался главным экспонатом. С этого времени, несмотря на то, что первые аппараты были еще очень несовершенны, телефоны стали быстро распространятся.
В августе того же 1876 года в употреблении было уже около 800 телефонов, и спрос на них все увеличивался.
Потребовался труд многих и многих изобретателей, прежде чем телефон превратился в надежное средство связи.
Вообще телефонный аппарат Белла оказался более приспособлен для преобразования волн тока в звуковые волны, чем обратно. Поэтому очень важным в истории телефонии было открытие в 1877 году английским изобретателем Юзом микрофонного эффекта. В своем первоначальном виде микрофон имел следующее устройство.
Между двумя кусками угля, укрепленных на пластине, устанавливался угольный стержень с заостренными концами. Ток от элемента проходил через этот угольный стержень и через обмотку телефона. При встряхивании горизонтальной пластинки, игравшей роль резонатора, угольный стержень смещался. В этот момент уменьшалось его сопротивление току в местах контактов, а это, в свою очередь, производило заметное усиление силы тока в телефоне. Мембрана начинала колебаться с большей амплитудой, отчего первоначальный звук усиливался в несколько раз. Слабое тиканье часов, положенных на подставку, воспринималось в телефоне как очень громкое. Даже ползанье мухи по пластине воспроизводилось в виде вполне заметного шума.
Через несколько лет после изобретения Юза появилось множество различных конструкций микрофонов.
В созданном Эдисоном аппарате телефон и микрофон включались в две отдельные цепи.Источник тока, микрофон и первичная обмотка трансформатора соединены в одну цепь, другая катушка и телефон-приемник — в другую. Принцип работы этого телефона понятен: вследствие колебания мембраны сопротивление в микрофоне постоянно менялось, отчего постоянный ток батареи преобразовывался в пульсирующий. Этот ток подавался на первичную обмотку трансформатора. Во вторичной обмотке индуцировались такие же по форме токи, но более высокого напряжения. Они без труда преодолевали сопротивление проводов и могли передаваться на значительные расстояния. Усовершенствованный таким образом телефон вскоре получил широкое распространение.
В первое время аппараты связывались между собой попарно. Они не имели коммутаторов и звонков. Для вызова абонента к аппарату просто стучали карандашом по мембране. Впоследствии Эдисоном были введены электрические звонки.
В 1877 году появилась первая центральная телефонная станция в Нью-Хей-вене (США). Порядок соединения здесь был таков. Абонент, желавший говорить с каким-либо лицом или учреждением, в абонентной книжке разыскивал нужный номер и звонил на центральную станцию. Когда последняя отвечала, он сообщал нужный ему номер, и, если этот номер был не занят, оператор соединял его с требуемым лицом с помощью специальных штекеров и сообщал ему, что соединение готово. После этого абонент обращался уже к соединенному с ним лицу. По окончании разговора их разъединяли.
Современники очень быстро оценили удобства, которые давал телефон. Вскоре телефонные станции были построены во всех крупных городах. Одновременно рос спрос на телефонные аппараты. В 1879 году Белл создал свою фирму по производству телефонов, превратившуюся вскоре в мощный концерн.
Усовершенствованием телефонных устройств занялось множество других изобретателей, и к 1900 году в этой области было выдано более 3 тысяч патентов. Из них можно отметить микрофон, сконструированный русскими инженерами М. Махальским (1878 г.) и независимо от него П. Голубицким (1883 г.) , а также первую автоматическую станцию на 10000 номеров С. М. Апостолова (1894 г.) и первую АТС шаговой системы на 1000 номеров С. И. Бердичевского (1896 г.) .
Как телефон, так и телеграф приобрели статус неприкосновенных. Ни войны, не революции не могли помешать их нормальному функционированию. «Алле, Смольный». «Алее, Зимний». Любимым занятием военоначальников красной и белой армий во время Гражданской войны в России было переругивается по телеграфу. Можно для начала посмотреть рассказы Андрея Платонова о гражданской войне.
В двадцатых годах прошлого века телефонные станции, обслуживающиеся телефонистками, постепенно вытесняются автоматическими телефонными станциями, сокращенно АТС. В 1956 году прокладывается первый телефонный трансатлантический кабель ТАТ-1. Он соединил Шотландию и Канаду. После этого было проложено более 100 000 километров телефонных трансатлантических кабелей, в число которых вошел знаменитый специальный правительственный провод Москва – Вашингтон, по которому могли общаться только руководитель СССР и американский президент.
|
