Телефон

Телефо́н (від «далеко» + «голос», «звук») — вид технічного електрозв'язку, що дає змогу передавати і приймати мовлення на відстань за допомогою електричних сигналів, дротів або радіосигналів.

Історія

Винайдення телефону є результатом праці багатьох людей і його авторство не можна приписати одній конкретній особі (як у випадку, наприклад, з фотографією або кінематографом).

Перший прототип сучасного телефону був запатентований у 1876 році американським винахідником Александером Подчерновим. Трубка Подчернова служила почергово для передавання й для приймання звуку. Вона не мала дзвінка, а виклик абонента відбувався через трубку за допомогою свистка. Дальність дії такого приладу не перевищувала 500 метрів. На першість у винаході телефону, окрім подчернова, претендувало близько трьох десятків вчених, серед яких були МакДоноут, Едісон, Грей, Долбір, Блейк, Ірвін і Фелькер. Це призвело до виникнення низки судових процесів у США, які лише підтвердили колективність винаходу, визнавши за різними винахідниками першість за окремими пунктами.

У 1877 році винахідник Ваден використав для виклику абоненту телеграфний ключ, який замикав коло дзвінка. Того ж року німецька компанія «Сіменс і Гальске» почала виготовляти телефонні апарати з двома телефонними трубками — одна для приймання, інша — для передачі звуків.

Томас Едісон винайшов вугільний мікрофон, який майже без змін використовувався до 2000-х років.

Історія подальшого розвитку телефону складається з винаходу електричного мікрофону, який прийшов на заміну вугільному, гучномовного зв'язку, тонового набору, цифрового стискання звуку, нових телекомунікаційних технологій (IP-телефонію, ISDN, DSL, стільниковий зв'язок, DECT).

Неелектричні «телефони» Загалом телефон — це будь-який пристрій, що має здатність передавати звук на велику відстань. Найперші телефони були механічними приладами, що базувалися на передаванні звуку, використовуючи повітря або інші фізичні засоби, на відміну від електричних приладів, що базуються на електромагнітних сигналах.

Згідно з листом у Peking Gazette, у 968 китайський винахідник Кунг-Фу-Вінг винайшов thumtsein, який імовірно передавав мову через труби. Розмови через труби використовуються й сьогодні.

Мотузковий телефон був також відомий століттями. У ньому дві діафрагми, зв'язані мотузкою або дротом, передають звук з одного кінця до іншого через вібрації мотузки, а не через електричний струм.

Електромагнітні передавачі

Антоніо Меуччі

За деякими версіями, телефон винайшов у 1860 році Антоніо Меуччі, який називав його телетрофоном.

Перша американська демонстрація винаходу Меуччі відбулася у 1860, про яку існує стаття, видана у Нью-Йоркській італійськомовній газеті. Меуччі винайшов поєднаний електромагнітний передавач та одержувач, де рух діафрагми модулював сигнал у котушці, переміщуючи електромагніт. Прилад передавав звук з високою точністю, але з дуже слабким сигналом. Проте серйозні опіки, погане знання англійської мови та невеликі здатності до бізнесу призвели до того, що Меуччі не зміг розвинути свої винаходи у комерційну сферу в США. Меуччі демонстрував деякі свої інструменти у 1849 році у Гавані (Куба) але свідки не змогли чітко сказати, чи то був електричний телефон або просто варіант телефону, що використовує вібрацію дротів для передачі звуків.

Меуччі було визнано першим винахідником телефону Конгресом США, 269 резолюцією, що датована 11 червня 2002.

Шарль Бурсей

У 1854 році у журналі «L'Illustration de Paris» Шарль Бурсей (Charles Bourseul), французький телеграфіст, опублікував план передачі звуків та навіть мови електрикою. Припустимо, пояснював він, що людина говорить поблизу чутливого диска, який не втратить жодного коливання голосу; цей диск почергово встановлює та роз'єднує струм з батареї: також на деякій відстані може розташовуватись інший диск, який буде одночасно виконувати такі ж вібрації… Певно, у близькому чи далекому майбутньому, мова буде передаватись електрикою. Я робив експерименти у цьому напрямі; вони делікатні та вимагають часу та терплячості, але ця справа обіцяє дати сприятливий результат.

Йоганн Філіп Райс

У 1860 році Йоганн Філіп Райс виготовив прилад, який міг передавати музичні тони, і навіть слово чи два пошепки. Передавач Райса був передавачем типу натисни-відпусти. Тобто, голка, прикладена до діафрагми натискалась, та відпускалась, коли звук проходив через діафрагму. Ця натисни-відпусти сигналізація дозволяла передавати тони, та деякі голосні, проте через те, що воно не ішло за аналоговою формою звукової хвилі (контакт був винятково цифровим, тільки два значення) вона, сигналізація, не могла передати приголосні або складні звуки. Передавач був дуже складним у використанні тому, що позиція голки та контакту відносно оператора були критичними. Це можливо назвати «телефоном», оскільки прилад дозволяв передавати звуки на відстані, але це не телефон у сучасному розумінні, через те, що він не міг передавати точну копію звуків. Винахід Райса відоміший як «музичний телефон».

Кромвел Варлі

Десь у 1870 році пан Кромвел Флітвуд Варлі (Cromwell Fleetwood Varley), відомий англійський електрик, запатентував декілька варіантів аудіотелеграфу, що базувався на ідеях Райса. Він ніколи не виготовляв та не планував пристрій, який би міг передавати мову, тільки чисті звуки.

Пол ла Кур Приблизно у 1874 році Пол ла Кур (Poul la Cour), данський винахідник, експериментував з аудіо телеграфами на телеграфній лінії між Копенгагеном та Фредерісією у Ютландії. Вібруючий камертон переривав струм, який, після проходження лінією, проходив крізь електромагніт, та притягував кінці камертона, змушуючи той грати ту ж ноту, що й перший камертон. І знову, винахід ла Кура не міг передавати мову, тільки чисті тони.

Еліша Ґрей П. Еліша Ґрей (Elisha Gray) з Чикаго також винайшов тоновий телеграф, схожий на той, що винайшов пан ла Кур. У цьому приладі вібруючий сталевий дріт перериває струм, який на іншому кінці проходить через електромагніт та змушує вібрувати сталевий дріт, розташований у полюсів електромагніта. 'Гармонійний телеграф' Ґрея з вібруючими дротами використовувався телеграфною компанією «Вестерн Юніон Телеґраф» (Western Union Telegraph Company). Через те, що більше ніж один набір вібрацій, а значить і більше ніж одна нота може бути передана через ту саму лінію одночасно, гармонійний телеграф може бути класифікований як 'мультиплексний' телеграф, який здатен передавати декілька повідомлень через одну лінію за раз. Ці повідомлення можуть бути прочитані оператором або записані.

Гармонійний телеграф Ґрея йде шляхом Рейса та Бурсея — в основу покладено принцип переривання електричного струму вібруючим контактом. Ґрей розумів недолік точності такого приладу та аргументував, що, якщо струм був розташований ближче до моделі, буде можливо досягнути більшої точності. Ґрей збудував та запатентував рідинний мікрофон, де голка розташовувалась у контакті з рідким провідником і, коли діафрагма вібрувала, голка занурювалась у рідину більше-менше, що завершувалось більшим-меншим проходженням струму в рідину. Белл використовував рідинний мікрофон для багатьох своїх публічних демонстрацій. Рідинний передавач мав проблему, що хвилі сформовані на поверхні призводили до перешкод.

Вугільно-зернистий мікрофон

Томас Едісон Томас Алва Едісон зробив наступний крок у розвитку точності телефонів зі своїм винаходом вугільно-зернистого мікрофона. Він дізнався, що електричний опір порошку вугілля, затиснутого між двома металевими пластинами, змінюється з тиском, тобто зернини могли змінювати свій опір, коли пластини рухались у відповідь на звукові хвилі, та відтворювати звук з високою точністю, без проблем рідинного передавача. Цей тип мікрофона залишався стандартом до 1980-тих, та використовується і досі.

Винахід Белла Александер Грем Белл здебільшого — проте помилково (див. вище) — вважається першим винахідником телефону. Класична історія про те, як він кричав: «Ватсон, ходіть сюди! Ти мені потрібен!» — по-простому міф, популяризований на Заході.

Підготовка Белла Як професор в Бостонському університеті, Белл займався підготовкою учителів для глухих та експериментував автофонографом із Леоном Скоттом у галузі запису вібрацій вимови. Цей прилад складається з тонкої мембрани, яка вібрувалась голосом та несе легку голку, що малює на пластині закопченого скла хвилеподібну лінію, — та завдяки вібрації мембрани графічно відображує рух звукових хвиль у повітрі.

Дослідження у галузі вокальної фізіології підготували Белла для роботи зі звуком та електрикою. У 1874 році працював він з музичним телеграфом, в якому за схемою «натисни-відпусти» використовував вібруючий сталевий язичок для переривання струму — який, із черги, змушував вібрувати одержувача, що складався з електромагніта, котрий змушував сталевий язичок на іншому кінці вібрувати, так само як, це зробили Бурсей, Рейс та Ґрей. Одного дня з'ясувалось, що язичок не реагував на переривчастий струм, — і Белл, припускаючи, що язичок забився у полюсів магніту, забажав, щоб асистент Ватсон, який був на іншому кінці лінії, посмикав за язичок. Асистент зробив як йому і було велено, — та на власне здивування Белл спостеріг, як подібний язичок на його кінці лінії почав вібрувати та випускати ті ж ноти, дарма що між ними не було переривчастого струму на лінії: подальші експерименти довели, що язичок вібрував завдяки електромагнітному струму, викликаного рухом віддаленим на лінії язичка біля магніту. Саме це відкриття привело Белла до відмови від струму з батареї — та цілковитим переходом на струм із магнітної індукції язичків. В підсумку стало зрозумілим що, через те, що струм ніколи не розбивається, усі складні вібрації мови можна конвертувати в струм, який, у свою чергу, міг відтворювати мову на великих дистанціях.

Белл з асистентом Ватсоном дізнався, що рух язичка у магнітному полі здатний передавати модуляції звуку. Праця за аналогією з автофонографом, Белл створив одержувач, який складався з протяглої діафрагми або з нагнутої шкіри золотобіта з арматурою намагніченого заліза приєднаного до середини, та вібрував перед полюсом електромагніта на струмі з лінії.

Успіх Белла

Прилад був готовий 2 червня 1875 року, і того самого дня йому вдалося передати звуки та аудіо сигнали електромагнітним струмом та без використання батареї. 1 липня 1875 він інструктував свого асистента, як створити другий мембранний одержувач, який можна було б використати з першим, і через декілька днів вони були зв'язані один з одним, на кінцях лінії, яка йшла з кімнати винахідника в «Бостоні до підвалу внизу. Белл, у кімнаті, тримав один інструмент у руках, у той час, як Ватсон у підвалі слухав інший. Винахідник спитав, Ти розумієш, що я кажу?» і ми можемо тільки уявляти його задоволення, коли Ватсон вбіг у кімнату та, схвильований, сказав «Так.» Проте, перший успішний двосторонній телефонний дзвінок Белл не зробив до 10 березня 1876 року, коли Белл сказав у прилад «Ватсон, ходи сюди, Я хочу тебе бачити.» Та Ватсон відповів. «Так», у 1875, Белл винайшов електро-магнітний передавач, який до нього винайшов Меуччі. Перший дзвінок на велику відстань було зроблено в 10 серпня 1876 Беллом з родинної ферми Брентфорд, Онтаріо асистентові, який знаходився у Парижі, Онтаріо, на відстані 16 км.