电话。发明和生产的历史

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电话是一种用于远距离传输和接收声音（主要是人的语音）的设备。

亚历山大·贝尔（Alexander Bell）拥有自己设计的手机

有发明电报解决了长距离传输信息的问题。然而，电报只能发送书面电报。与此同时，许多发明家梦想着一种更完善的交流方式，借助这种方式，可以将人类语音或音乐的现场声音传输到任何距离。

1837 年，美国物理学家佩奇在这个方向进行了第一次实验。佩奇实验的本质很简单。他组装了一个电路，其中包括一个音叉、一个电磁铁和原电池。在其振荡期间，音叉迅速打开和关闭电路。这种间歇性电流被传输到电磁铁，电磁铁同样迅速地吸引和释放一根细钢棒。由于这些振动，杆产生了类似于音叉的歌声。因此，佩奇表明，原则上可以使用电流传输声音，只需要制造更先进的发射和接收设备。

雷斯电话机

电话发展的下一个重要阶段与英国发明家雷斯的名字有关。甚至在他的学生时代，雷斯就对使用电流远距离传输声音的问题产生了兴趣。到 1860 年，他已经设计了十几种不同的设备。其中最完美的有以下形式。

发射器是一个空心盒子，前面有一个音孔A，它的上部有一个孔，由一层薄而紧绷的薄膜封闭。在该膜上放置一个薄铂板 p，顶部是弹性铂针 n 的尖端，该针经过调整以在膜静止时接触板 p。这种接触因膜的振动而中断。由于这些横向接触，电流从电池 B 通过夹子 a 进入铂板 p 并通过针 n 进入第二个夹子被关闭和打开，从后者到接收器，通过线圈CC并通过夹子d返回电池并连接到电线e。在螺旋内部放置一根细铁针，它的两端连接到两个搁在谐振器板gg上的架子ff上。 hi 和 ki 部分在两个电台都形成了装置，旨在让远处的听众知道谈判已经开始。小号 A 中所唱声音的再现是基于这样一个事实：铁辐条被螺旋形电流磁化和退磁，开始振荡。它们被感觉为与接收器所感知的声音相对应的声音，并且其振动使膜运动。共鸣板起到放大声音的作用。

使用 Reis 的手机，不仅可以传输个人声音，还可以传输复杂的乐句，甚至部分人类语音。但是传输的质量仍然很低，以至于通常完全不可能分辨出任何东西。电路的闭合和断开产生的侧噪声淹没了传输，钢针再现的声音与人声的调制相差甚远。为了声音的清晰传输，有必要确保发送器和接收器的板都被电流从静止位置驱动到极限位置，电流强度会逐渐增加，并且当减小时，电流将再次通过原来的静止位置。所有这些构成人类语言丰富性的声音音色的平滑波动，对于雷斯的手机来说是完全无法触及的——这里的吸引力来得很快，并在一段时间内保持不变，然后就完全停止了。

事实证明，仅通过闭合和断开电路是不可能解决声音传输的问题的。又过了 15 年，苏格兰发明家亚历山大·贝尔找到了一种将声音转换为电信号的更好方法。贝尔的职业是聋哑儿童的老师。从小他就研究了大量的声学，研究声音，并梦想发明一部电话。 1870 年，贝尔移居加拿大，1872 年移居美国。在波士顿定居后，他介绍了他在当地聋哑儿童学校开发的“可视语音”系统。这是一个巨大的成功，贝尔很快成为波士顿大学的教授。现在他有一个实验室和足够的资金投入到电话的发明上。贝尔忘记了睡眠，整晚都坐在他的实验上。他的第一个实验复制了佩奇的工作。

1875 年夏天，贝尔和他的助手托马斯·沃森（Thomas Watson）制造了一种设备，该设备由带有可移动舌片的磁铁组成，这些磁铁由电流波动驱动。带有磁铁的电路中包括各种设备。华生和贝尔在相邻的房间里。沃森传送，贝尔接收。有一次，当沃森按下电线末端的按钮来激活铃时，接触坏了，电磁铁将铃锤拉向自己。沃森试图把它拉开，结果磁铁周围产生了振动。沃森产生的弹簧的运动改变了电流的强度，引起了贝尔房间对面站的弹簧的振荡运动，电线传输了第一部电话的微弱声音。

因此，贝尔非常偶然地发现带有灯锚的磁铁既可以是发射器，也可以是信号接收器。之后，使用电流传输和再现声音不再困难。

要了解这是如何发生的，请想象一个永磁体，以及在它附近的一个在声波作用下振动的柔性铁板。接近磁铁的磁极，它会加强它的磁场，而远离它，会削弱它。（无需详细说明，我们注意到其原因与上一章讨论的电磁感应现象相同：很明显，在磁场中移动的板中会产生电流；这电流将在板场周围产生自己的磁场，该磁场将叠加在磁铁的磁场上，要么加强要么削弱它。）现在让我们在假想的磁铁上放置一个线圈。

当磁场在线圈中波动时，会产生交流电流，然后在一个方向上，然后在另一个方向上。通过将接收到的电流通过另一个磁铁的绕组，我们将影响它的磁场，磁场也会增加或减少，并准确地重复第一个磁铁的磁场中发生的所有变化。如果将一块铁板放在第二个接收磁铁的磁极上，它要么在增加的磁场的作用下被吸引到这块磁铁上，然后在其弹性的影响下远离它，同时发出声音波在所有方面都类似于那些使第一次振荡运动的波。板。实际上，这是在上述情况下发生的。这里铁板的作用是由磁铁的柔性电枢发挥的。但它太粗糙了，无法传达声音的许多细微差别。贝尔开始寻找替代他的东西。

一位医生朋友建议他用人耳进行实验，并从尸体上给他弄了一只耳朵。通过仔细研究其结构，Bell 发现声波会振动耳膜，然后从耳膜传输到听小骨。这使他产生了制作薄金属膜的想法，将其放置在永磁体旁边，从而将声音振动转化为电振动。

电话通了之前，花了几个月的努力。直到 10 年 1876 月 14 日，华生才在接收站清楚地听到贝尔的话：“华生先生，请过来，我需要和你谈谈。” 更早的 1876 月 800 日，贝尔为他的发明申请了专利。就在他之后两小时，另一位发明家 Elisha Gray 就相同的设备提交了相同的申请。然而，该专利于 XNUMX 月授予贝尔，因为他是第一个宣布他的发现的人。（后来，贝尔不得不与格雷和其他发明家打了几场官司，以捍卫自己的优势。最终，贝尔从格雷手中买下了电话的操作权。）在当年的费城展会上，贝尔的电话成为主要展品。从那时起，尽管第一批设备还很不完善，但电话开始迅速普及。同一个 XNUMX 年 XNUMX 月，已经有大约 XNUMX 部电话在使用，而且对它们的需求还在增加。

贝尔的电话

第一批设备的设备非常原始。棒状永磁体 A 在一个极处被一个由细铜线制成的短感应线圈 B 包围，该线圈 B 端接在两根较粗的导线 CC 上，它们通过夹子 DD 连接到导线 LL。在磁铁的一个极上放置一块沿边缘夹住的软铁片EE。所有东西都安装在一个木制框架中，部分 GG 在 EE 板上方有一个漏斗形孔，用作音盆。在底部，木框架变窄了，因为这里它只包含一根磁棒，用螺丝固定在它的位置，还有两根 CC 线。该设备既可以用作发射器，也可以用作接收器。在发送方和接收方都有这样的电话。它们的感应线圈通过 LL 线和 DD 夹相互连接。当锥体GG作为管子对着它说话时，磁铁磁极前面的板EE振动；结果，在螺旋 B 中产生了感应电流，其变化对应于作用在板上的声音振动。这些电流通过 LL 线流入接收电话的线圈，并导致薄膜振动。通过将锥体压在您的耳朵上，您可以听到用户在电线另一端说话的声音。薄膜运动产生的感应电流非常微弱，只能在数百米的距离内建立稳定的通讯。此外，扬声器的声音变得如此安静，以至于他们被淹没在干扰的嗡嗡声中。在电话成为一种可靠的通讯方式之前，需要许多发明家的工作。

总的来说，贝尔的电话被证明比反之更能将电流波转换为声波。因此，1877年英国发明家休斯发现麦克风效应在电话史上具有十分重要的意义。在其原始形式中，麦克风具有以下设备。

麦克风玉座

在安装在板 B 上的两块煤 C 和 C' 之间，安装了一根带尖头的碳棒。来自元件 E 的电流通过该碳棒并通过电话 T 的绕组。当起谐振器作用的水平板 A 摇晃时，碳棒发生位移。此时，其接触点处的电流电阻降低，这反过来又使电话中的电流强度显着增加。膜开始以更大的振幅振荡，这导致最初的声音被放大了几倍。放在支架上的手表微弱的滴答声在电话中被认为非常响亮。甚至苍蝇在盘子上的爬行也以非常明显的噪音形式再现。

在休斯发明的几年内，出现了许多不同的麦克风设计。使用碳粉代替棒的麦克风被广泛使用。在这种情况下，膜的振动导致粉末压实或松动，因此其阻力不断变化。连接到麦克风的电话变得更加可靠，但仍然不完美。弱感应电流无法克服传输线的电阻。有必要以某种方式增加他们的紧张感，而不改变他们振动的性质。美国著名发明家爱迪生发现了一个妙趣横生的出路，他提出用感应线圈来放大电压。所以电话机补充了一个变压器。

变压器将在后面的章节中更详细地讨论。现在我们只解释它的工作原理。如果将两个线圈放在同一个铁芯上并通过其中一个线圈通过交流电，那么在第二个线圈中也会感应出交流电。让我们仔细看看这个现象。由第一线圈产生的变化磁场在第二线圈的每一匝中感应出一定电压的电流。如前一章所述，线圈的匝数可以视为串联的电流源。那么第二个线圈绕组上的总电压将等于其所有匝电压的总和。如果我们想增加从第二个线圈获得的电压，我们必须增加匝数。

因此，通过改变第二个线圈的匝数，我们可以得到一个小于、等于或大于第一个线圈的电压。但是，随着电压的增加，电流以相同的倍数减小，因此它们在第一和第二线圈中的乘积保持相等（实际上，由于次级线圈中不可避免的损耗，该乘积甚至会更少）。变压器效应是与电磁感应现象同时发现的，但由于技术上长期只使用直流电，所以起初并未得到应用。结果证明，电话是变压器（以感应线圈的形式）获得一定普及的首批设备之一。

在爱迪生创建的设备中，电话和麦克风包含在两个独立的电路中。电流源、麦克风和变压器的初级绕组在这里连接在一个电路中，另一个线圈和电话听筒连接在另一个电路中。这款手机的工作原理很明确：由于膜片的振动，麦克风中的电阻不断变化，这就是为什么电池的直流电变成了脉动的。该电流被施加到变压器的初级绕组。在次级绕组中，感应出形状相同但电压更高的电流。它们很容易克服电线的阻力，可以远距离传输。以这种方式改进的电话很快普及开来。

电流波的感应传输

起初，这些设备成对地相互通信。他们没有开关和呼叫。为了给设备的用户打电话，他们只需用铅笔轻敲薄膜即可。随后，爱迪生推出了电铃。 1877 年，第一个中央电话交换机出现在纽黑文（美国）。这里的连接顺序如下。想要与任何人或机构通话的订户在订户簿中查找想要的号码并呼叫中心站。当后者接听时，他报了他需要的号码，如果这个号码不忙，接线员就用专用插头将他连接到需要的人，并通知他已准备好连接。之后，订阅者转向与他相关的人。谈话结束时，他们分开了。

同时代的人很快就意识到电话提供的便利。很快，所有主要城市都建立了电话交换机。与此同时，对电话机的需求也在增长。 1879 年，贝尔创建了自己的电话公司，这很快变成了一个强大的关注点。十年之内，仅在美国就安装了超过 100 万部电话机，而 25 年后已经超过 XNUMX 万部。然后这个数字增加了一个数量级。

贝尔长寿，能够观察到电话在世界各地的传播。他于 1922 年去世，在他的记忆中纪念了一种沉默：当装有发明家尸体的棺材被放入坟墓时，所有的电话交谈都停止了。他们写道，当时在美国有超过 13 万部手机处于静音状态。

作者：Ryzhov K.V.

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