Летопись электричества

Глава 28. ГОЛОС ИЗДАЛЕКА

ГРЭХЕМ БЕЛЛ родился в шотландском городе Эдинбурге в 1847 году. Много лет он был учителем в школах для глухонемых. Его отец был известен в Шотландии как изобретатель особой системы обучения глухонемых, и Белл долго преподавал по этой системе. Вращаясь среди людей, не имеющих слуха и лишенных способности говорить, Белл поставил себе целью изучить физиологическую сторону звуковых явлений и попытаться найти средство вернуть слух и речь людям, утратившим их. В связи с этим Белл много занимался акустикой, тем отделом физики, в котором изучается природа звука и его механика.

Приехав как-то в Лондон, Белл познакомился там с известным электротехником Чарлзом Уитстоном, о телеграфе и магнитоэлектрической машине которого писали в газетах и журналах.

Старик Уитстон охотно беседовал с молодым Беллом и рассказал ему много интересного из области акустики.

— Вам следует обратить внимание, — сказал Уитстон, — на любопытный факт: известный физик профессор Гельмгольц показал, что электромагнит, воздействуя на камертон, заставляет его звучать так же, как от удара деревянным молоточком. Я уже стар и вряд ли могу довести до конца новую работу. Но, вообще говоря, можно было бы попытаться…

— Построить музыкальный телеграф… — перебил Белл.

— Да. Звуковой телеграф. Электрический ток, проходя через электромагнит, мог бы воздействовать на систему камертонов и таким образом воспроизводить звуки азбуки. Подбирая различные сочетания одновременно звучащих камертонов, Гельмгольц легко воспроизводил некоторые гласные звуки. Неправда ли, это очень заманчиво?

— Мне кажется, — сказал Белл, — такое устройство было бы очень сложным. Чтобы воспроизвести одну лишь букву, нужно заставить одновременно звучать несколько камертонов. Более простое решение этой задачи появится, когда, мы сможем разгадать механику приема звука человеческим ухом.

Тогда, вероятно, удастся превратить обычный телеграф в говорящий и послать по проволоке человеческую речь.

Уитстон и Белл не знали о важных опытах обращения электричества в звуки, которые проделал в 1860–1863 годах в Гессен-Нассау, близ Гамбурга, преподаватель математики и естествознания Филипп Рейс.

Филипп Рейс родился в старинном городе Гельнгаузене, где его отец был булочником. Рано осиротевшего мальчика отдали в торговое заведение. Но прилавок был ненавистен Филиппу. Его влекла наука. Ей он отдался всецело, когда окончил техническую школу и по счастливой случайности нашел себе место учителя в институте Гариве в Фридрихсдорфе, где он и жил вплоть до преждевременной смерти.

26 октября 1861 года на многолюдном собрании членов физического общества города Франкфурта-на-Майне Рейс демонстрировал удивительный прибор, названный им телефоном[25]. Этот прибор состоял из трех главных частей. Первая — длинный деревянный ящичек, в котором покоились тонкий, как вязальная спица, стальной стерженек и спиралевидная обмотка. Второй частью телефона служил небольшой кубообразный ящик. Он был снабжен перепонкой и укрепленными над нею контактами. К ящику был приделан рупор. Третьей частью была небольшая гальваническая батарея.

Когда Рейс говорил перед раструбом рупора, находившийся внутри ящика воздух заставлял колебаться перепонку. При этом происходило замыкание или размыкание контактов, попеременно включавших и выключавших ток гальванической батареи. Этот прерывистый ток, проходя по спиралевидной обмотке, заставлял в такт перерывам тока колебаться стальной стержень.

Всем находившимся вблизи аппарата удавалось услышать отдельные слова человеческой речи, правда не очень ясно. Но зато прибор довольно отчетливо воспроизводил звуки фортепиано и духовых инструментов.

Белл переехал в Бостон, город наук и искусств. Там он обратился к одному из знакомых врачей по ушным болезням с просьбой предоставить ему возможность изучить слуховой аппарат человека.

Беллу хотелось присутствовать при операциях в области уха. Но врач предложил Беллу изучить ухо человека на трупе. Изучение уха навело Белла на правильное решение занимавшего его вопроса.

То, что мы обычно называем ухом, есть лишь звукопринимающая раковина. У некоторых животных этот раструб может даже поворачиваться в разных направлениях. Воздушные звуковые волны входят через ушную раковину внутрь уха и там колеблют особую перегородку — тонкую перепонку. Колебания перепонки передаются внутрь уха через очень сложную систему передач. Дальше нервы передают мозгу ощущение звука.

Колебание перепонки — вот основное воздействие звуковых волн на ухо, сделал вывод Белл.

И если Гельмгольц под действием электромагнита заставлял звучать массивный камертон, то, вероятно, значительно легче заставить колебаться тонкую металлическую пластинку. Нужно устроить «электрическое ухо» и «электрическое горло». Тогда станет возможным говорящий телеграф!

С электрическими аппаратами и приборами Белл раньше не имел никакого дела. Он не обладал также необходимыми знаниями в области электричества. Поэтому он жадно набросился на книги. Однако он долго не мог найти в книгах то, что ему нужно было для устройства искусственных «уха» и «горла».

Белл обращался к профессорам Бостонского университета, но никто не мог помочь ему.

— Это, может быть, знает только Джозеф Генри! — отвечали ему все, словно сговорившись.

Тогда Белл решил поехать в Вашингтон и повидаться с самим президентом Национальной Академии наук. Знаменитый электрик был уже глубоким стариком. Генри ласково принял молодого ученого. Он указал, в каких книгах можно найти описание интересующих Белла явлений, и рассказал ему о работах Фарадея.

Белл, как на крыльях, летел обратно в Бостон, чтобы поскорее прочитать необходимые книги. Часть из них он поручил просмотреть своему способному помощнику, искусному механику Томасу Ватсону.

В те дни Белл вовсе не думал о телефоне. Он был озабочен только тем, чтобы создать такой слуховой прибор, которым могли бы пользоваться глухонемые. Лабораторией для исследовательских работ служил подвал, который Беллу предоставили родители одного глухонемого ученика его бостонской школы как плату за ученье.

Но вскоре грунтовые воды стали заливать подвал, и Белл перевел свою «лабораторию» на чердак.

В мае 1875 года Белл и Ватсон начали подготовлять приборы, а в июне они произвели свой первый опыт. Белл соединил проводами два одинаковых прибора. Каждый прибор состоял из постоянного магнита и надетой на него обмотки с большим числом витков изолированной проволоки. Над катушкой была укреплена тонкая стальная пластинка, один конец которой закреплялся наглухо, а другой мог свободно колебаться.

Белл и Ватсон долго добивались того, чтобы оба прибора были совершенно одинаковыми. Один из них являлся передатчиком, а другой — приемником.

— Итак, Ватсон, — сказал однажды с некоторой торжественностью Белл, — мы должны еще раз отдать себе отчет в том, чего мы добиваемся. Наш опыт основан на открытиях Фарадея. Фарадей указал на то, что пространство вокруг магнита и вокруг проводника, по которому проходит ток, заполнено силовыми линиями. Всякое изменение тока в проводнике вызывает изменение его магнитного силового поля, и наоборот, изменение магнитного силового поля вызывает появление или изменение тока. Это — явление электромагнитной индукции, открытое Фарадеем.

Если заставить колебаться упругую пластинку передатчика, расположенную над магнитом с обмоткой, то в обмотке в течение каждого колебания пластинки будет наводиться ток, который, пройдя через вторую обмотку второго электромагнита в приемнике, вызовет большее или меньшее усиление этого магнита. В результате вторая пластинка, расположенная над вторым магнитом, будет то больше, то меньше притягиваться к нему и в точности воспроизведет колебания первой.

Белл осторожно отвел рукой пластинку передатчика, и она начала едва заметно колебаться.

— Как себя ведет пластинка приемника? — спросил Белл у Ватсона.

— Я ничего не могу сказать, ничего не видно. Либо колебания есть, но они очень слабые и поэтому незаметны для глаз, либо…

— Второе «либо» я исключаю. Ватсон! Переходите на передатчик, а я послежу за пластинкой приемника, — сказал уверенный в успешном результате Белл. — Дайте колебания, Ватсон!

Беллу показалось, что пластинка приемника колеблется. Но это могло быть и обманом зрения.

Белл решил выяснить состояние пластинки более надежным способом. Он прикрепил к ней тонкую проволочку с заостренным кончиком и расположил вблизи пластинки кусочек закопченного стекла. На закопченном стекле ясно различались царапины. Когда Белл медленно передвинул закопченное стекло в направлении, перпендикулярном к направлению колебания пластинки, на стекле получилась ясная волнообразная линия.

Хотя этот результат и не был неожиданным, тем не менее он привел Белла и Ватсона в большой восторг: практически подтвердилось то, что теоретически предвидел Белл. Это был первый важный шаг на пути изобретения «говорящего телеграфа».

— Ушные перепонки колеблются от звуковых волн человеческой речи, — рассуждал далее Белл. — В состоянии ли электрическое ухо воспринять звуковые волны?

Чтобы проверить это, Белл подошел к передатчику и, наклонившись над пластинкой, громко произнес два одинаковых слога: «Пу-пу». Так в детстве Белл подражал выстрелу из ружья, целясь в кошку из простой палки.

— Ватсон, передались ли колебания?

— Ничего не видно!

— А на стекле есть след?

— Нет.

Несколько минут Белл молчал, стараясь понять, почему пластинка приемника не отозвалась на колебания.

Нужно было заставить пластинку колебаться!

Белл стал припоминать устройство человеческого уха. Он вспомнил, что барабанная перепонка в ухе тоньше волоса, а ее размеры не больше половины квадратного дюйма.

Взглянув на стальные пластинки своих приборов, Белл громко рассмеялся.

— Послушайте, Ватсон, мы хотели заставить такую толстую пластинку колебаться… Тут нужно не «пу-пу», а чуть ли не удар из пушки, чтобы сотрясти этакую пластинищу… Надо будет вот что сделать…

И Белл, не найдя под рукой бумаги и пера, ногтем нацарапал чертеж на закопченном стекле.

Через несколько дней Ватсон воспроизвел в натуре все, что ему нарисовал Белл.

Это был небольшой деревянный ящичек, внутри которого был скрыт магнит с надетым на него мотком изолированной проволоки. В верхней крышке ящика было просверлено круглое отверстие диаметром в два дюйма. Отверстие было закрыто кружком тонкого листового железа. Над кружком был пристроен раструб из плотной бумаги, высотой до десяти дюймов. Концы проволок обмотки магнита были выведены на одну из боковых стенок ящика.

Ватсон заканчивал мелкие доделки, когда в физический кабинет вбежал взволнованный Белл.

— Ватсон! — воскликнул, горячась, Белл. — Я придумал схему, которая позволяет значительно усилить колебания перепонки приемника.

— А как же изготовленная мною модель?

— Прибор пригодится. Он будет приемником звуковых передач. А по поводу передатчика выслушайте, Ватсон, несколько соображений… Изменение тока в цепи связанных между собой обмоток магнитов в нашем первом опыте было основано на изменении силовых линий в передатчике и приемнике. Мы не пользовались для получения тока никаким посторонним источником. Я хочу теперь устроить передатчик таким образом, чтобы в обмотке магнита приемника получилось более резкое изменение силы тока; это вызовет более резкое изменение силовых линий, а следовательно, перепонка должна будет колебаться гораздо сильнее.

— Если вы включите гальваническую батарею в цепь обмотки магнита приемника, то никакого изменения поля не будет. Ведь ток будет непрерывным и неизменяющимся…

— Это было бы так, Ватсон, если бы я просто включил гальваническую батарею. Но я ее хочу включить с помощью одного устройства, которое в зависимости от звуковых колебаний будет непрерывно изменять сопротивление цепи, а следовательно, и силу тока…

— Вы будете в зависимости от каждого звука менять длину цепи? — спросил удивленный Ватсон.

— Нет. Все это должно происходить автоматически. Вот чего я хочу…

С этими словами Белл достал из кармана листок бумаги, на котором был изображен чертеж передатчика. Ватсон увидел на чертеже сосуд с жидкостью (это была подкисленная вода), поверхности которой касался тоненький стерженек из платины, прикрепленный к перепонке. Над перепонкой поднимался вверх, расширяясь в диаметре, бумажный раструб, такой, как в уже выполненном приемнике.

— Когда я, — пояснил свой чертеж Белл, — буду направлять звуковые волны на перепонку, они приведут ее в сотрясение; от этого платиновый стерженек будет больше или меньше погружаться в подкисленную воду, то есть все время будет изменяться поверхность соприкосновения стерженька с жидкостью. Вот здесь я нарисовал два конца — два зажима. А это — гальваническая батарея.

Прошло немало времени, прежде чем Белл изготовил новый передатчик. Отрегулировав передатчик и присоединив к нему батарею и приемник, Белл крикнул в упор несколько простых слогов. Стоявший у приемника Ватсон с удивлением услышал несколько хриплых шорохов. Ватсон глубже погрузил ухо в раструб и попросил Белла повторить произнесенное. Белл, забыв о том, что он и Ватсон находятся на расстоянии нескольких шагов, еще громче рявкнул в передатчик:

— Бе-би! Бе-би!

Ватсон снова услышал воспроизведенные приемником в такт с возгласом Белла более сильные трески и шорохи. Однако они были мало похожи на «бе-би».

Все еще не догадываясь об истинной причине искажения своего голоса (не нужно было так сильно кричать в передатчик!), Белл попросил Ватсона:

— Возьмите приемник, Томас, и отправляйтесь с ним вниз, в свою квартиру. Из окна чердака я спущу провода от передатчика, которые вы прицепите к приемнику. Когда вы все это закончите, сядьте у аппарата и следите за ним… Понятно?

— Все ясно! — поспешно ответил Ватсон.

Беллу казалось, что он ждет очень долго. Он еще и еще раз осмотрел аппарат и подергал провода, чтобы убедиться в надежности всех присоединений. Затем Белл наклонился нац раструбом и произнес:

— Говорит Белл, Грэхем Белл. Если вы меня слышите, подойдите к окну и помахайте мне шляпой…

Сказав это, Белл с большим волнением бросился к окну чердака и увидел, как Томас Ватсон яростно машет шляпой.

— Действует, действует! Мой телефон действует! — с неистовой радостью закричал Белл.

Это было вечером 10 марта 1876 года.

До глубокой ночи Белл и Ватсон вели на построенных ими аппаратах первый телефонный разговор.

14 марта 1876 года около полудня в бюро патентов города Вашингтона Белл сделал изобретательскую заявку на свой «говорящий телеграф». В тот же день, двумя часами позднее, со сходной заявкой в бюро обратился другой талантливый изобретатель Элиши Грей.

Первенство изобретения телефона было присуждено Грэхему Беллу. Но это стоило ему двенадцати лет хождения по судам. Не только Элиши Грей, но и еще двенадцать человек доказывали первенство изобретения ими разных важных деталей телефона.

Летом 1876 года на Первой всемирной выставке в Филадельфии Белл впервые публично демонстрировал свое изобретение. Но никто не знал, сколько горя и издевательств претерпели Белл и Ватсон, добиваясь разрешения демонстрировать свой гениальный прибор на этой выставке.

В те времена ни густая сеть железных дорог и ни широко распространенный телеграф не могли уже обслужить все стороны бурной деловой жизни промышленности.

Вот почему, узнав о телефоне Белла, им заинтересовались капиталисты и промышленники. Они стали широко рекламировать это изобретение. С утра и до вечера Белл не мог ни на минуту оторваться от своего аппарата. Возле него постоянно толпились посетители. Беллу приходилось отвечать на большое число вопросов. Некоторые прикладывали ухо к телефонной проволоке, надеясь таким образом подслушать разговор. Они не понимали, что по проволокам телефона бегут не произнесенные слова, а электрические токи.

Семидесятидевятилетний президент Национальной Академии наук Джозеф Генри и знаменитый английский физик Вильям Томсон много минут как зачарованные простояли перед телефоном Белла. Несколько раз они посетили выставку и каждый раз подходили к телефону, чтобы еще и еще раз взглянуть на чудо электричества.

— Это самое удивительное изобретение, виденное мной в Америке! Это величайшее из чудес, связанное с электрической телеграфией, — так отозвался Томсон о телефоне Белла.

— Мои советы вам пригодились, Белл! — сказал Генри, искренне радуясь удаче великого изобретателя.

Белл вспомнил тот день, когда он впервые обратился к Генри, и благодарно пожал ему руку.

Выставка принесла Беллу всемирную славу. Уже в августе того же 1876 года в Америке были установлены первые 778 телефонов.

Число телефонов очень быстро стало возрастать. Потребовалось улучшить слышимость между двумя удаленными пунктами. Телефон Белла на дальнее расстояние становился непригодным из-за слабой слышимости: и без того слабые индукционные токи еще более уменьшались вследствие большого сопротивления длинных проводов.

Тогда почти одновременно американцы Давид Юз и Томас Эдисон заявили о том, что ими изобретен микрофон, применение которого дает значительное улучшение слышимости телефонных переговоров.

Микрофон Юза, сходный с эдисоновским, состоял из вертикального угольного стержня с заостренными концами, свободно вставленного в углубления двух других угольных горизонтальных пластинок, закрепленных на деревянной стойке. К концам угольных пластинок, между которыми помещается вертикальный угольный стержень, подведены один конец гальванической батареи и один конец телефона; другие концы батареи и телефона присоединяются к линии проводов.

Звуковые волны, возникающие при разговоре вблизи микрофона, сотрясают угольные пластинки и угольный стержень, отчего изменяется поверхность соприкосновения и плотность прижатия их друг к другу. Это, в свою очередь, изменяет сопротивление цепи, а значит, и силы тока. Меняющийся во время разговора ток, приходя в катушку электромагнита беллевского телефона, изменяет его магнитное поле. Попеременные усиления или ослабления магнитного поля вызывают колебания мембраны телефона.

Юз не преувеличивал, когда говорил о своем микрофоне, что он превращает шаги ползущей по микрофону мухи в сильный шум, а тиканье часов — в конский топот.

Преимущества микрофона как передатчика человеческой речи по сравнению с передатчиком Белла сразу же сказались. Вместо слабых индукционных токов теперь по линии протекал гораздо более сильный ток гальванической батареи. От этого резко улучшилась слышимость телефонных переговоров.

Микрофон явился очень важным усовершенствованием телефона Белла. Позже вместо угольных стержней стали применять угольный порошок. Каждое зернышко порошка — это то же, что маленький угольный стерженек.

Вскоре Эдисон предложил применить в телефоне еще одно важное усовершенствование.

Помимо микрофона, Эдисон предложил ввести в цепь микрофона особую индукционную катушку, состоящую собственно из двух катушек (первичной и вторичной), намотанных одна на другую. Эдисон показал, что с его катушкой можно вести телефонный разговор на более далекое расстояние.

Телефон Белла с этими и другими дополнениями Юза и Эдисона был значительно усовершенствован. Тогда же был введен особый звонок, оповещавший о вызове то лицо, с которым хотят разговаривать. С течением времени телефон Белла и микрофон Юза стали изготовлять как одну деталь, которую теперь называют микротелефонной трубкой. Но долгое время, пока существовали две отдельные трубки, у беллевских телефонов висели такие объявления:

«Не разговаривайте ушами и не слушайте ртом!»

Вскоре венгерский ученый Теодор Пускас из Будапешта предложил устраивать в городах с большим числом абонентов центральные телефонные станции.

С каждым годом в телефон Белла вносились все новые и новые дополнения.

Один только Чарлз Скрибнер, американский изобретатель в области телефонии, получил до тысячи патентов на различные усовершенствования телефона.

Значительно позже были изобретены первые автоматические телефонные станции (АТС). И стало уже ненужным просить телефонистку центральной станции соединить абонента с каким-либо телефоном, достаточно снять трубку и набрать нужный номер на диске, расположенном на телефонном аппарате. Соединение произведут автоматы, без помощи человека.

Семидесятилетний Грэхем Белл умер в 1922 году.

Через десять лет после его смерти в одной только Америке 70 тысяч городов и селений имели телефонные станции, связанные 25 миллионами километров проводов. Этими проводами можно было бы шестьсот раз обернуть земной шар!