Relaisverlauf: Sprechender Telegraph

Das Telefon entstand zufällig. Wenn Telegrafennetze der 1840er Jahre aufgrund einer hundertjährigen Studie über die Möglichkeit der Übertragung von Nachrichten mit Elektrizität auftauchten , stießen die Menschen auf ein Telefon, um nach einem verbesserten Telegraphen zu suchen. Daher ist es recht einfach, ein plausibles, wenn auch nicht ganz sicheres Datum für die Erfindung des Telefons zu bestimmen - das Jahr des 100. Jahrestages der Gründung der Vereinigten Staaten, 1876.

Und Sie können nicht sagen, dass das Telefon keine Vorgänger hatte. Seit 1830 suchen Forscher nach Wegen, Schall in Elektrizität und Elektrizität in Schall umzuwandeln.

Elektrischer Ton

Im Jahr 1837 stieß Charles Page , ein Arzt und Experimentator auf dem Gebiet des Elektromagnetismus aus Massachusetts, auf ein seltsames Phänomen. Er legte einen isolierten Spiraldraht zwischen die Enden des Permanentmagneten, und dann wurde jedes der Drahtenden in Quecksilberbehälter abgesenkt, die mit der Batterie verbunden waren. Jedes Mal, wenn er den Stromkreis öffnete oder schloss, das Ende des Drahtes aus dem Tank hob oder dort senkte, gab der Magnet aus einer Entfernung von einem Meter ein Geräusch von sich. Page nannte es galvanische Musik und schlug vor, dass es um das „molekulare Durcheinander“ geht, das im Magneten auftritt. Paige startete eine Welle von Forschungen zu zwei Aspekten dieser Entdeckung: der seltsamen Eigenschaft metallischer Materialien, ihre Form zu ändern, wenn sie magnetisiert werden, und der offensichtlicheren Erzeugung von Schall durch Elektrizität.

Wir sind besonders an zwei Studien interessiert. Der erste wurde von Johann Philip Reis geleitet. Reis unterrichtete am Garnier-Institut in der Nähe von Frankfurt Mathematik und die genauen Wissenschaften der Schüler, in seiner Freizeit studierte er Elektrizität. Zu diesem Zeitpunkt hatten bereits mehrere Elektriker neue Versionen der galvanischen Musik entwickelt, aber Reis war der erste, der die Alchemie der bidirektionalen Umwandlung von Schall in Elektrizität beherrschte und umgekehrt.

Reis erkannte, dass ein Diaphragma, das dem Trommelfell einer Person ähnelt, einen elektrischen Stromkreis schließen und öffnen kann, wenn es vibriert. Der erste Prototyp des 1860 gebauten Telefongeräts [Langstreckenlautsprechers] bestand aus einem geschnitzten „Ohr“ aus Holz mit einer darüber gespannten Membran aus einer Schweineblase. Eine Platinelektrode wurde am unteren Teil der Membran angebracht, während der Vibration öffnete und schloss sie den Stromkreis mit der Batterie. Der Empfänger war eine Drahtspule, die um eine an einer Geige befestigte Stricknadel gewickelt war. Der Geigenkörper verstärkte die Schwingungen der formverändernden Nadel, wenn sie abwechselnd magnetisiert und entmagnetisiert wurde.


Spätflug-Telefonmodell

Reis entwickelte viele Verbesserungen für den frühen Prototyp und stellte zusammen mit anderen Experimentatoren fest, dass der übertragene Ton erkennbar blieb, wenn Sie etwas darin sangen oder summten. Wörter waren schwerer zu unterscheiden, und oft wurden sie verzerrt und unverständlich gemacht. In vielen Berichten über eine erfolgreiche Sprachübertragung wurden häufig verwendete Ausdrücke wie „Guten Morgen“ und „Wie geht es Ihnen?“ Verwendet, die leicht zu erraten sind. Das Hauptproblem blieb, dass der Flugsender nur den Stromkreis öffnete und schloss, aber die Schallstärke nicht regulierte. Infolgedessen war es möglich, nur eine Frequenz mit einer festen Amplitude zu übertragen, und dies konnte nicht alle Feinheiten einer menschlichen Stimme imitieren.

Reis glaubte, dass seine Arbeit von der Wissenschaft anerkannt werden sollte, erreichte dies jedoch nicht. Sein Gerät war ein beliebtes Wunder in der wissenschaftlichen Elite, und Kopien erschienen in den meisten Zentren dieser Elite: in Paris, London, Washington. Seine wissenschaftliche Arbeit wurde jedoch von Professor Poggendorffs Zeitschrift "Annalen der Physik" abgelehnt - einer der ältesten wissenschaftlichen Zeitschriften und der einflussreichsten Zeitschrift der Zeit. Die Bemühungen von Flight, mit Telegraphenfirmen für das Telefon zu werben, scheiterten ebenfalls. Er litt an Tuberkulose und eine sich verschlimmernde Krankheit hielt ihn von weiteren ernsthaften Forschungen ab. Infolgedessen nahm die Krankheit 1873 sein Leben und seinen Ehrgeiz. Und dies ist nicht das letzte Mal, dass diese Krankheit die Entwicklung der Geschichte des Telefons behindert.

Während Reis sein Handy verbesserte, machte Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz den letzten Schliff für sein fruchtbares Studium der Hörphysiologie: „Die Lehre von den Hörempfindungen als physiologische Grundlage der Musiktheorie“, veröffentlicht in Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage für die Theorie der Musik 1862 Jahre. Helmholtz, damals Professor an der Universität Heidelberg, war ein Riese der Wissenschaft des 19. Jahrhunderts, der sich mit der Physiologie des Sehens, der Elektrodynamik, der Thermodynamik usw. befasste.

Helmholtz 'Arbeit bezieht sich nur beiläufig auf unsere Geschichte, aber es ist schade, sie zu verpassen. In The Doctrine of Auditory Feelings tat Helmholtz für die Musik, was Newton für das Licht tat - er zeigte, wie eine scheinbar einzelne Empfindung in ihre Bestandteile zerlegt werden kann. Er bewies, dass Unterschiede in den Klangfarben von Violine zu Fagott nur auf Unterschiede in der relativen Stärke ihrer Obertöne zurückzuführen sind (Töne mit doppelter, dreifacher usw. Frequenz in Bezug auf die Basisnote). Für unsere Geschichte ist der interessanteste Teil seiner Arbeit ein bemerkenswertes Werkzeug, das er entwickelt hat, um Folgendes zu demonstrieren:


Helmholtz-Synthesizer-Option

Helmholtz bestellte das erste Gerät in der Werkstatt von Köln. Einfach ausgedrückt war es ein Synthesizer, der Klänge erzeugen konnte, die auf einer Komposition einfacher Töne basierten. Seine erstaunlichste Gelegenheit war die unerklärliche Fähigkeit, Vokale zu reproduzieren, die jeder gewohnt ist, nur aus dem menschlichen Mund zu hören.

Der Synthesizer arbeitete mit dem Schlagen der Hauptstimmgabel, vibrierte auf der Basisnote, schloss und öffnete den Stromkreis und tauchte den Platindraht in einen Behälter mit Quecksilber. Acht magnetisierte Stimmgabeln, von denen jede mit ihrem Oberton vibrierte, ruhten zwischen den Enden des mit dem Stromkreis verbundenen Elektromagneten. Jeder Stromkreisschluss enthielt Elektromagnete und hielt die Stimmgabeln in einem vibrierenden Zustand. Neben jeder Stimmgabel befand sich ein zylindrischer Resonator, der sein Summen auf einen hörbaren Pegel verstärken konnte. Im Normalzustand wurde der Deckel des Resonators geschlossen und das Geräusch der Stimmgabel übertönt. Wenn Sie den Deckel zur Seite bewegen, können Sie diesen Oberton hören und so den Klang einer Trompete, eines Klaviers oder eines Vokals „o“ „spielen“.

Dieses Gerät wird eine kleine Rolle bei der Erstellung eines neuen Telefontyps spielen.

Harmonischer Telegraph

Einer der Köder für Erfinder der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts war der Multitelegraph. Je mehr Telegraphensignale in einen Draht geschoben werden konnten, desto effizienter war das Telegraphennetz. Zu Beginn der 1870er Jahre waren verschiedene Methoden zur Organisation der Duplex-Telegraphie (gleichzeitiges Senden von zwei Signalen in entgegengesetzte Richtungen) bekannt. Bald darauf verbesserte Thomas Edison sie durch die Schaffung eines Quadruplex, der Duplex und Diplex (gleichzeitige Übertragung von zwei Signalen in eine Richtung) kombinierte, so dass der Draht viermal effizienter genutzt werden konnte.

Aber war es möglich, die Anzahl der Signale weiter zu erhöhen? Eine Art Octoruplex organisieren oder noch mehr? Die Tatsache, dass Schallwellen in elektrischen Strom umgewandelt werden konnten und umgekehrt, bot eine interessante Gelegenheit. Was ist, wenn wir Töne unterschiedlicher Höhe verwenden, um einen akustischen, harmonischen oder poetisch gesehen musikalischen Telegraphen zu erzeugen? Wenn physikalische Schwingungen unterschiedlicher Frequenzen in elektrische umgewandelt werden können und sie dann wieder auf ihre ursprünglichen Frequenzen zerlegt werden können, wäre es möglich, mehrere Signale gleichzeitig ohne gegenseitige Störung zu senden. Der Schall selbst wäre dann nur ein Mittel zum Zweck, ein Zwischenmedium, das Ströme bildet, so dass mehrere Signale in einem Draht existieren können. Der Einfachheit halber werde ich dieses Konzept einen harmonischen Telegraphen nennen, obwohl zu dieser Zeit verschiedene Varianten von Begriffen verwendet wurden.

Dies war keine Möglichkeit, Multiplexsignale zu erstellen. In Frankreich Jean Maurice Emile Bodot [zu dessen Ehren die Einheit der symbolischen Geschwindigkeit Baud / ca. 1874 entwickelte er eine Maschine mit rotierendem Verteiler, die abwechselnd Signale von mehreren Telegraphensendern sammelte. Jetzt würden wir es einen Zeitmultiplex nennen, keine Frequenz. Dieser Ansatz hatte jedoch einen Nachteil - er würde nicht zur Schaffung von Telefonie führen.

Zu diesem Zeitpunkt dominierte Western Union die amerikanische Telegraphie, die in den 1850er Jahren gegründet wurde, um den für alle ungünstigen Wettbewerb zwischen mehreren großen Telegraphenunternehmen auszuschalten. Bis zum Erscheinen der Kartellgesetze konnte eine solche Erklärung verwendet werden, um solche Fusionen zu rechtfertigen. Eine der Figuren in unserer Geschichte beschrieb es als "wahrscheinlich das größte Unternehmen, das jemals existiert hat". Western Union besaß Tausende von Kilometern Kabel und gab viel Geld für den Aufbau und die Wartung von Netzwerken aus. Mit großem Interesse verfolgte Western Union die Entwicklungen auf dem Gebiet der Multiplex-Telegraphie.

Durchbrüche im Telegraphengeschäft warteten auf einen anderen Spieler. Gardiner Green Hubbard , ein Anwalt und Unternehmer aus Boston, war einer der Hauptbefürworter der Übertragung des amerikanischen Telegraphen an die Kontrolle der Bundesregierung. Hubbard glaubte, dass Telegramme so billig wie Briefe sein könnten, und war entschlossen, seiner Meinung nach das zynische und erpresserische Monopol der Western Union zu untergraben. Hubbards Gesetzentwurf sah nicht vor, bestehende Telegraphenunternehmen wie fast alle europäischen Mächte vollständig zu verstaatlichen, sondern würde einen von der Regierung geförderten Telegrafendienst einrichten, der vom Postministerium gesponsert wird. Aber das Ergebnis wäre höchstwahrscheinlich dasselbe, und Western Union würde dieses Geschäft verlassen. Mitte der 1870er Jahre war der Fortschritt des Gesetzes ins Stocken geraten, aber Hubbard war zuversichtlich, dass die Kontrolle über ein kritisches neues Telegraphenpatent ihm den Vorteil geben könnte, seinen Vorschlag an den Kongress weiterzuleiten.


Gardiner Green Hubbard

In den Vereinigten Staaten haben sich zwei einzigartige Faktoren entwickelt: Erstens die kontinentale Skala von Western Union. Keine einzige europäische Telegraphenorganisation hatte so lange Schlangen und folglich keinen Grund, Multiplex-Telegraphie zu entwickeln. Zweitens die offene Frage der staatlichen Kontrolle über den Telegraphen. Die letzte europäische Hochburg war Großbritannien, das den Telegraphen 1870 verstaatlichte. Danach gab es nirgendwo außer in den USA mehr Orte, an denen sich die verlockende Aussicht auf einen technologischen Durchbruch und die Untergrabung des Monopols abzeichnete. Vielleicht aus diesem Grund wurden die meisten Arbeiten am harmonischen Telegraphen in den Vereinigten Staaten durchgeführt.

Der Preis wurde hauptsächlich von drei beansprucht. Zwei von ihnen waren bereits ehrwürdige Erfinder - Elisha Gray und Thomas Edison . Der dritte war ein Professor für Rhetorik und ein gehörloser Lehrer namens Bell.

Grau

Elisha Gray wuchs auf einer Farm in Ohio auf. Wie viele seiner Zeitgenossen spielte er in seiner Jugend mit Telegraphie, aber im Alter von 12 Jahren, als sein Vater starb, suchte er nach einem Beruf, der ihn versorgen könnte. Für einige Zeit war er Schüler eines Schmieds, dann Schiffsschreiner, und mit 22 lernte er, dass er eine Ausbildung am Oberlin College erhalten konnte, ohne die Tischlerei zu beenden. Nach fünf Jahren Studium stürzte er sich in die Karriere eines Erfinders auf dem Gebiet der Telegraphie. Sein erstes Patent war ein selbsteinstellendes Relais, das unter Verwendung eines zweiten Elektromagneten anstelle einer Feder, die den Anker zurückgibt, die Notwendigkeit beseitigte, die Empfindlichkeit des Relais in Abhängigkeit von der Stromstärke im Stromkreis anzupassen.


Elisha Gray, ca. 1878

Bereits 1870 war er Partner in einem Unternehmen, das elektrische Geräte herstellte, und arbeitete dort als Chefingenieur. 1872 verlegten er und sein Partner das Unternehmen nach Chicago und benannten es in Western Electric Manufacturing Company um. Bald wurde Western Electric ein wichtiger Anbieter von Telegraphenausrüstung für Western Union. Dadurch wird die Geschichte der Telefonie spürbar geprägt.

Anfang 1874 hörte Grey ein seltsames Geräusch aus seinem Badezimmer. Es klang wie das Heulen eines vibrierenden Rheotoms, nur viel stärker. Rheotom (wörtlich „Strömungsunterbrecher“) war ein bekanntes elektrisches Gerät, das eine Metallzunge verwendete, um den Stromkreis schnell zu öffnen und zu schließen. Gray warf einen Blick ins Badezimmer und sah, dass sein Sohn in einer Hand eine mit einem Rheotom verbundene Induktionsspule hielt und mit der anderen Hand die Zinkbeschichtung der Badewanne rieb, die mit der gleichen Frequenz summte. Gray, der an den sich bietenden Möglichkeiten interessiert war, wandte sich von der täglichen Arbeit bei Western Electric ab, um die Erfindung wieder aufzunehmen. Bis zum Sommer entwickelte er einen musikalischen Telegraphen mit voller Oktave, mit dem es möglich war, Klänge auf einer Membran aus einem Metallbecken durch Drücken der Tasten der Tastatur abzuspielen.


Sender


Empfänger

Der Musiktelegraph war neu ohne offensichtlichen kommerziellen Wert. Gray erkannte jedoch, dass die Möglichkeit, Töne mit unterschiedlichen Tönen auf einem einzigen Draht zu übertragen, ihm zwei Möglichkeiten bot. Mit einem Sender anderer Bauart, der Schall aus der Luft aufnehmen konnte, konnte ein Sprachtelegraph erstellt werden. Mit einem anderen Empfänger, der das kombinierte Signal in Komponenten aufteilen kann, konnte ein harmonischer Telegraph erstellt werden, dh ein Multiplex-Telegraph, der auf Ton basiert. Er beschloss, sich auf die zweite Option zu konzentrieren, da die Telegraphenindustrie offensichtliche Anfragen hatte. Er entschied sich für seine Wahl und lernte das Telefon von Flight kennen, das ein einfaches philosophisches Spielzeug zu sein schien.

Der Empfänger des harmonischen Telegraphen Gray besteht aus einem Satz Elektromagneten, die mit Metallstreifen gekoppelt sind. Jeder Balken wurde auf eine bestimmte Frequenz eingestellt und ertönte, wenn die entsprechende Taste am Sender gedrückt wurde. Der Sender arbeitete nach dem gleichen Prinzip wie der Musiktelegraf.

Gray verbesserte seinen Apparat für die nächsten zwei Jahre und brachte ihn zur Ausstellung. Offiziell wurde die Veranstaltung als " Internationale Ausstellung für Kunst, Industrieprodukte und Produkte von Böden und Minen " bezeichnet. Dies war die erste Weltausstellung in den Vereinigten Staaten, die mit der Feier des 100. Geburtstages der Nation zusammenfiel, in deren Zusammenhang die sogenannten Hundert Jahre Ausstellung. Sie starb im Sommer 1876 in Philadelphia. Dort demonstrierte Gray eine „Octlex“ -Verbindung (dh acht Nachrichten gleichzeitig) auf einer speziell vorbereiteten Telegraphenleitung aus New York. Diese Leistung wurde von den Richtern der Ausstellung gelobt, aber bald von einem noch größeren Wunder überschattet.

Edison

William Orton , Präsident von Western Union, erfuhr schnell von Grays Fortschritten, was ihn sehr nervös machte. Wenn Gray im besten Fall erfolgreich ist, führt die Situation zu einer sehr teuren Patentlizenzierung. Im schlimmsten Fall wird das Patent von Gray die Grundlage für ein konkurrierendes Unternehmen bilden, das die Dominanz von Western Union untergraben wird.

Deshalb zog Orton im Juli 1875 ein Ass aus dem Ärmel, nämlich Thomas Edison. Edison wuchs Seite an Seite mit der Telegraphie auf, verbrachte mehrere Jahre als Telegraphenbetreiber und wurde dann Erfinder. Sein höchster Triumph zu dieser Zeit war die Quadruplex-Kommunikation, die ein Jahr zuvor mit Western Union-Geldern geschaffen wurde. Jetzt hoffte Orton, dass er seine Erfindung verbessern und das übertreffen würde, was Gray geschafft hatte. Er gab Edison eine Beschreibung des Flugtelefons; Edison studierte auch die Arbeit von Helmholtz, die kürzlich ins Englische übersetzt wurde.



Edison war auf dem Höhepunkt der Form, und innovative Ideen strömten aus ihm wie Funken aus einem Amboss. Im folgenden Jahr zeigte er zwei verschiedene Ansätze für den akustischen Telegraphen - der erste war wie ein grauer Telegraph und verwendete Stimmgabeln oder vibrierende Zungen, um die gewünschte Frequenz zu erzeugen oder wahrzunehmen. Edison konnte ein solches Gerät nicht auf einem akzeptablen Niveau zum Laufen bringen.

Der zweite Ansatz, den er als „akustischen Sender“ bezeichnete, war völlig anders. Anstatt vibrierende Stimmzungen zu verwenden, um verschiedene Frequenzen zu übertragen, verwendete er sie, um Impulse in verschiedenen Intervallen zu übertragen. Er teilte die Verwendung des Kabels zwischen den Sendern nach Zeit und nicht nach Frequenz auf. Dies erforderte eine perfekte Synchronisation der Schwingungen in jedem Empfänger-Sender-Paar, damit sich die Signale nicht überlappten. Im August 1876 arbeitete der Quadruplex nach diesem Prinzip, obwohl das Signal in einer Entfernung von mehr als 100 Meilen unbrauchbar wurde. Er hatte auch Ideen zur Verbesserung des Flugtelefons, die er vorübergehend verschob.

Und dann hörte Edison von der Sensation, die ein Mann namens Bell auf der Centennial Exposition in Philadelphia machte.

Bell

Alexander Graham Bell wurde in Edinburgh, Schottland, geboren und wuchs in London unter der strengen Anleitung seines Großvaters auf.Wie Gray und Edison zeigte er in seiner Jugend Interesse am Telegraphen, trat dann aber in die Fußstapfen seines Vaters und Großvaters und wählte die menschliche Sprache als seine Hauptleidenschaft. Sein Großvater Alexander machte sich auf der Bühne einen Namen und begann dann, Oratorium zu unterrichten. Vater Alexander Melville war ebenfalls Lehrer und entwickelte und veröffentlichte sogar ein phonetisches System, das er "sichtbare Sprache" nannte. Der jüngere Alexander (Alec, wie er in der Familie genannt wurde) wählte die Lehre der Gehörlosen als seinen Beruf.

Gegen Ende der 1860er Jahre studierte er Anatomie und Physiologie am University College London. Eine Studentin Marie Eccleston studierte bei ihm, über die er heiraten würde. Aber dann lehnte er sowohl Training als auch Liebe ab. Seine beiden Brüder starben an Tuberkulose, und Alecs Vater forderte, dass er und seine verbleibende Familie in die Neue Welt auswandern, um die Gesundheit seines einzigen Sohnes zu erhalten. Bell gehorchte, obwohl er sich dem widersetzte und es ablehnte, und hob 1870 die Segel.

Nach einem kleinen Hack in Ontario fand Alexander seinen Job als Lehrer an der Deaf School in Boston, nicht ohne die Verbindungen seines Vaters. Dort begannen sich die Fäden seiner Zukunft zu weben.

Erstens hatte er eine Studentin, Mabel Hubbard, die im Alter von fünf Jahren wegen Scharlach ihr Gehör verloren hatte. Bell unterrichtete Privatunterricht, selbst nachdem er Professor für Stimmphysiologie und Oratorium an der Boston University geworden war, und Mabel gehörte zu seinen ersten Studenten. Während ihres Studiums war sie etwas weniger als 16 Jahre alt, zehn Jahre weniger als Bella, und in wenigen Monaten verliebte er sich in dieses Mädchen. Wir werden zu ihrer Geschichte zurückkehren.

1872 erneuerte Bell sein Interesse an Telegraphie. Einige Jahre zuvor, als Bell noch in London war, erfuhr er von Helmholtz 'Experimenten. Aber Bell missverstand Helmholtz 'Leistung und glaubte, dass er komplexe Klänge nicht nur mit Elektrizität schuf, sondern auch übertrug. So wurde Bell von einem harmonischen Telegraphen mitgerissen, der sich einen Draht mit mehreren Signalen teilte, die mit mehreren Frequenzen übertragen wurden. Vielleicht inspiriert von der Nachricht, dass die Western Union die Idee eines Duplex-Telegraphen von Joseph Stearns, seinem Landsmann aus Boston, erworben hatte, überarbeitete Bell seine Ideen und begann, wie Edison und Gray, zu versuchen, sie umzusetzen.

Einmal, als er Mabel besuchte, berührte er den zweiten Faden seines Schicksals - er stand neben dem Klavier und zeigte ihrer Familie den Trick, den er in seiner Jugend gelernt hatte. Wenn Sie eine saubere Note im Klavier singen, klingelt die entsprechende Saite und verliert sie als Antwort. Er sagte Mabels Vater, dass ein abgestimmtes Telegraphensignal den gleichen Effekt erzielen kann, und erklärte, wie dies in der Multiplex-Telegraphie verwendet werden kann. Und Bell hätte keinen Zuhörer gefunden, der besser auf seine Geschichte eingestellt war: Er schwang mit Freude mit und verstand sofort die Hauptidee: „Es gibt nur eine Luft für alle und es wird nur ein Draht benötigt“, dh die Wellenausbreitung des Stroms im Draht kann die Verteilung in Miniatur kopieren Luftwellen, die durch einen komplexen Schall erzeugt werden. Bells Zuhörer war Gardiner Hubbard.

Telefon

Und jetzt wird die Geschichte sehr verwirrt, deshalb habe ich Angst, die Geduld der Leser zu testen. Ich werde versuchen, die wichtigsten Trends zu verfolgen, ohne auf Details einzugehen.

Bell, unterstützt von Hubbard und dem Vater eines anderen seiner Schüler, arbeitete fleißig am harmonischen Telegraphen, ohne seine Erfolge preiszugeben. Er wechselte seine wütende Arbeit mit Ruhephasen ab, als er von seiner Gesundheit enttäuscht wurde, während er versuchte, seine Universitätspflichten zu erfüllen, das System der "sichtbaren Sprache" seines Vaters zu fördern und als Tutor zu arbeiten. Er stellte einen neuen Assistenten ein, Thomas Watson , einen erfahrenen Mechaniker in Charles Bostons mechanischer Werkstatt Charles Williams - Leute, die sich für Elektrizität interessierten, versammelten sich dort. Hubbard drängte Bell weiter und zögerte nicht einmal, die Hand seiner Tochter als Anreiz zu benutzen, und weigerte sich, sie zu heiraten, bis Bell seinen Telegraphen verbesserte.

Im Sommer 1874, als er sich in der Nähe eines Familienhauses in Ontario auf Bella ausruhte, kamen Erkenntnisse. Mehrere Gedanken, die in seinem Unterbewusstsein existierten, verschmolzen zu einem - dem Telefon. Last but not least beeinflusste ein Phono-Autogramm seine Gedanken - das erste Aufnahmegerät der Welt, das Schallwellen auf Rauchglas zeichnete. Dies überzeugte Bell davon, dass Geräusche jeglicher Komplexität auf Punktbewegungen im Raum reduziert werden können, beispielsweise auf die Bewegung von Strom durch einen Draht. Wir werden nicht auf die technischen Details eingehen, da sie nicht mit den wirklich erstellten Telefonen zusammenhängen und die Praktikabilität ihrer Verwendung zweifelhaft ist. Aber sie richteten Bells Denken in eine neue Richtung.


Eine Skizze des Konzepts des originalen Bell-Telefons mit „Harmonischen“ (nicht gebaut)

Bell verschob diese Idee vorübergehend, um, wie seine Partner erwartet hatten, das Ziel zu verfolgen, einen harmonischen Telegraphen zu schaffen.

Aber die Routine der Feinabstimmung der Werkzeuge störte ihn bald, und sein Herz, müde von vielen praktischen Hindernissen, die einem funktionierenden Prototyp zu einem praktischen System im Wege standen, zog es zunehmend zum Telefon. Die menschliche Stimme war seine erste Leidenschaft. Im Sommer 1875 entdeckte er, dass vibrierende Zungen nicht nur den Stromkreis wie ein Telegraphenschlüssel schnell schließen und öffnen können, sondern auch einen kontinuierlichen wellenartigen Strom erzeugen, der sich in einem Magnetfeld bewegt. Er erzählte Watson seine Telefonidee, und gemeinsam bauten sie das erste Telefonmodell nach diesem Prinzip - die Membran, die im Feld eines Elektromagneten vibrierte, erregte einen wellenartigen Strom im Magnetkreis. Dieses Gerät war in der Lage, einige gedämpfte Sprachlaute zu übertragen. Hubbard war von dem Gerät nicht beeindruckt und befahl Bell, zu echten Aufgaben zurückzukehren.


Bell's rudimentäres Telefon - der "Galgen" des Sommers 1875

Trotzdem überzeugte Bell Hubbard und andere Partner davon, dass die Idee patentiert werden sollte, da sie in der Multiplex-Telegraphie verwendet werden könnte. Und wenn Sie bereits ein Patent anmelden, wird es niemandem verbieten, darin die Möglichkeit zu erwähnen, das Gerät für die Sprachkommunikation zu verwenden. Im Januar fügte Bell dem Entwurf des Patents einen neuen Mechanismus zur Erzeugung von Wellenstrom hinzu: den variablen Widerstand. Er wollte die vibrierende Membran, die den Ton empfing, mit einem Platinkontakt verbinden, der mit Säure aus dem Tank fiel und aufstieg, in der sich ein weiterer fester Kontakt befand. Wenn der sich bewegende Kontakt tiefer sank, kam eine größere Oberfläche mit der Säure in Kontakt, was den Widerstand gegen den zwischen den Kontakten fließenden Strom verringerte - und umgekehrt.


Glockenskizze eines Flüssigkeitsmesswandlerkonzepts

Hubbard, der wusste, dass Gray Bella auf die Fersen trat, sandte am Morgen des 14. Februar ein Patent für das Wellenstrompatent an das Patentamt, ohne auf Bells endgültige Bestätigung zu warten. Und am selben Tag kam Grays Anwalt mit seinem Patent an. Es enthielt auch einen Vorschlag zur Erzeugung eines Wellenstroms unter Verwendung eines variablen Flüssigkeitswiderstands. Es wurden auch die Möglichkeiten erwähnt, die Erfindung sowohl für Telegraphen als auch für Sprachübertragung anzuwenden. Aber er war einige Stunden zu spät, um Bells Patent zu vereiteln. Wenn die Reihenfolge der Ankunft anders wäre, müsste vor Erteilung einer Patentgenehmigung eine lange Anhörung zu den Prioritäten stattfinden. Infolgedessen erhielt Bell am 7. März das Patent Nr. 174.465 „Verbesserungen in der Telegraphie“, das den Grundstein für die künftige Dominanz des Bell-Systems legte.

Aber in dieser dramatischen Geschichte war es nicht ohne Ironie. Denn am 14. Februar 1876 bauten weder Bell noch Gray ein funktionierendes Telefonmodell. Niemand hat dies versucht, außer Bell's kurzem Versuch im letzten Juli, bei dem es keinen variablen Widerstand gab. Betrachten Sie Patente daher nicht als Meilensteine ​​in der Geschichte der Technologie. Dieser kritische Moment in der Entwicklung der Telefonie als Geschäftsunternehmen war praktisch nicht mit dem Telefon als Gerät verbunden.

Erst nach Erteilung des Patents hatten Bell und Watson die Möglichkeit, trotz Hubbards ständiger Forderung, die Arbeit am Multiplex-Telegraphen fortzusetzen, zum Telefon zurückzukehren. Mehrere Monate lang versuchten Bell und Watson, auf die Idee zu kommen, mit variablem Flüssigkeitswiderstand zu arbeiten, und das auf diesem Prinzip basierende Telefon wurde verwendet, um den berühmten Satz zu übermitteln: "Mr. Watson, kommen Sie her, ich möchte Sie sehen."

Die Erfinder hatten jedoch ständig Probleme mit der Zuverlässigkeit dieser Sender. Daher begannen Bell und Watson mit der Arbeit an neuen Sendern nach dem Magnetprinzip, mit dem sie im Sommer 1875 experimentierten - unter Verwendung der Bewegung der Membran in einem Magnetfeld, um den Strom direkt anzuregen. Die Vorteile waren Einfachheit und Zuverlässigkeit. Der Nachteil war, dass die geringe Leistung des Telefonsignals auf Luftvibrationen zurückzuführen war, die durch die Stimme des Sprechers erzeugt wurden. Dies begrenzte den effektiven Arbeitsabstand des Magnetsenders. Und in einem Gerät mit variablem Widerstand modulierte die Stimme den von der Batterie erzeugten Strom, der beliebig stark gemacht werden konnte.

Die neuen Magnete funktionierten viel besser als die im letzten Sommer, und Gardiner entschied, dass die Idee des Telefons möglicherweise noch etwas enthält. Unter anderem nahm er an der bevorstehenden Centennial Exposition am Massachusetts Education and Science Exhibition Committee teil. Er nutzte seinen Einfluss, um Bella einen Platz in der Ausstellung und im Wettbewerb zu geben, wo Richter elektrische Erfindungen bewerteten.


Bell / Watson Magnetsender. Eine vibrierende Metallmembran D bewegt sich im Magnetfeld des Magneten H und regt einen Strom in der Schaltung an


Empfänger

Die Richter kamen sofort nach dem Studium des harmonischen Telegraphen von Gray in Bell an. Er ließ sie am Empfänger und ging zu einem der Sender, die sich hundert Meter weiter unten in der Galerie befanden. Bells Gesprächspartner waren erstaunt, ihn singen und Worte aus einer kleinen Metallbox kommen zu hören. Einer der Richter war der Landsmann Bella, der Schotte William Thomson (der später den Titel Lord Kelvin erhielt). Mit freudiger Aufregung rannte er zum anderen Ende der Halle zu Bell, um ihm zu sagen, dass er seine Worte gehört hatte, und verkündete später das Telefon "das Erstaunlichste, was er in Amerika gesehen hat". Da war der brasilianische Kaiser, der zuerst die Schachtel an sein Ohr drückte und dann vom Stuhl aufsprang und rief: "Ich höre, ich höre!"

Der von Bell auf der Messe verursachte Hype brachte Edison dazu, seine früheren Ideen für die Telefonübertragung in Angriff zu nehmen. Er griff sofort Bells Hauptfehler an - den gebrechlichen Magnetsender. Aus seinen Experimenten mit dem Quadruplex wusste er, dass der Widerstand von Kohlechips mit dem Druck variierte. Nach vielen Experimenten mit verschiedenen Konfigurationen entwickelte er einen Sender mit variablem Widerstand, der nach diesem Prinzip arbeitet. Anstelle der Kontaktwelle, die sich in der Flüssigkeit bewegt, drückten die Druckwellen der Stimme des Lautsprechers den Kohlenstoffknopf, änderten seinen Widerstand und damit die Stromstärke im Stromkreis. Es war viel zuverlässiger und einfacher zu implementieren als Flüssigkeitssender, die von Bell und Gray konzipiert wurden, und war ein entscheidender Beitrag zum langfristigen Erfolg des Telefons.



Trotzdem war Bell der erste, der das Telefon herstellte, trotz der offensichtlichen Vorteile in Bezug auf Erfahrung und Fähigkeiten, die seine Rivalen hatten. Er war der erste, nicht weil er eine Einsicht hatte, die andere nicht erreichten - sie dachten auch an das Telefon, aber sie hielten es im Vergleich zum verbesserten Telegraphen für unbedeutend. Bell war der erste, weil er die menschliche Stimme mehr mochte als den Telegraphen, sie so sehr mochte, dass er sich dem Wunsch seiner Partner widersetzte, bis er es schaffte, die Funktionsfähigkeit seines Telefons zu beweisen.

Aber was ist mit dem harmonischen Telegraphen, für den Gray, Edison und Bell so viel Mühe und Gedanken aufgewendet haben? Bisher ist nichts passiert. Es war sehr schwierig, die mechanischen Vibratoren an beiden Enden des Drahtes perfekt abgestimmt zu halten, und niemand wusste, wie man das kombinierte Signal so verstärkt, dass es über große Entfernungen funktioniert. Erst gegen Mitte des 20. Jahrhunderts, als die mit dem Radio begonnenen elektrischen Technologien eine Feinabstimmung der Frequenzen und eine rauscharme Verstärkung ermöglichten, wurde die Idee, mehrere Signale für die Übertragung über einen einzigen Draht zu überlagern, Wirklichkeit.

Abschied von Bell

Trotz des Erfolgs des Telefons auf der Messe war Hubbard nicht daran interessiert, ein Telefonsystem aufzubauen. Im folgenden Winter lud er William Orton, den Präsidenten von Western Union, ein, alle Rechte an einem Telefon gemäß Bells Patent für 100.000 US-Dollar zu erwerben. Orton lehnte dies aufgrund einer Kombination aus Hubbard-Feindseligkeit und seinen postalischen Telegraphenschaltungen, Selbstvertrauen und Edisons Arbeit am Telefon ab. sowie die Überzeugung, dass das Telefon im Vergleich zum Telegraphen sehr wenig bedeutete. Andere Versuche, die Idee eines Telefons zu verkaufen, blieben erfolglos, hauptsächlich aufgrund der Befürchtung enormer Prozesskosten für Patentrechte im Falle einer Kommerzialisierung. Aus diesem Grund gründeten Bell und seine Partner im Juli 1877 die Bell Telephone Company, um selbst einen Telefondienst zu organisieren. Im selben Monat heiratete Bell schließlich Mabel Gardiner im Haus ihrer Familie und wurde erfolgreich genug, um den Segen ihres Vaters zu gewinnen.


Alec mit seiner Frau Mabel und zwei überlebenden Kindern - seine beiden Söhne starben im Kindesalter (um 1885)

Im folgenden Jahr änderte Orton seine Meinung über das Telefon und gründete seine eigene Firma, die American Speaking Telephone Company, in der Hoffnung, dass die Patente von Edison, Gray und anderen das Unternehmen vor den rechtlichen Angriffen von Bell schützen würden. Sie wurde zu einer tödlichen Bedrohung für Bells Interessen. Western Union hatte zwei Hauptvorteile. Erstens große finanzielle Ressourcen. Bellas Firma brauchte Geld, weil sie Geräte an ihre Kunden vermietete, was Monate dauerte, um sie zu bezahlen. Zweitens Zugriff auf Edisons erweiterten Sender. Jeder, der seinen Sender mit Bells Gerät verglich, konnte nicht anders, als die beste Klarheit und Lautstärke der Stimme des ersten zu bemerken. Bell hatte keine andere Wahl, als einen Konkurrenten mit einer Klage wegen Patentverletzung zu verklagen.

Wenn Western Union eindeutige Rechte an dem einzigen erschwinglichen, qualitativ hochwertigen Sender hätte, hätte es eine starke Hebelwirkung, um eine Einigung zu erzielen. Aber Bells Team entdeckte ein früheres Patent für ein ähnliches Gerät, das der deutsche Emigrant Emil Berliner erhalten hatte , und kaufte es zurück. Erst nach vielen Jahren des Rechtsstreits wurde Edisons Patent Vorrang eingeräumt. Als der Prozess erfolglos blieb, stimmte Western Union im November 1879 zu, alle Patentrechte auf das Telefon, die Ausrüstung und die Basis bestehender Abonnenten (55.000 Personen) an Bella zu übertragen. Im Gegenzug forderten sie nur 20% der Telefonvermietung für die nächsten 17 Jahre und auch, dass Bell nicht in das Telegraphengeschäft einsteigen sollte.

Das Unternehmen von Bell ersetzte die Geräte von Bell schnell durch verbesserte Modelle, die zunächst auf einem Berliner Patent und dann auf Patenten von Western Union beruhten. Als die Klage endete, bestand Bell hauptsächlich darin, über Patentstreitigkeiten auszusagen, von denen es viele gab. Bis 1881 zog er sich vollständig zurück. Wie Morse und anders als Edison war er nicht der Schöpfer von Systemen. Theodore Vale, ein energischer Manager, den Gardiner vom Postdienst lockte, nahm das Unternehmen selbst in die Hand und führte es zu einer beherrschenden Stellung im Land.

Anfangs wuchs das Telefonnetz überhaupt nicht wie das Telegrafennetz. Letzteres entwickelte sich durch Sprünge von einem Handelszentrum zum anderen, die jeweils 150 km zurücklegten, nach Punkten mit der höchsten Konzentration wertvoller Kunden suchten und erst dann das Netzwerk durch Verbindungen zu kleineren lokalen Märkten ergänzten. Telefonnetzwerke wuchsen wie Kristalle aus kleinen Wachstumspunkten, von mehreren Kunden, die sich in unabhängigen Clustern in jeder Stadt und Umgebung befanden, und verschmolzen im Laufe der Jahrzehnte langsam zu regionalen und nationalen Strukturen.

Es gab zwei Hindernisse für die groß angelegte Telefonie. Erstens gab es ein Entfernungsproblem. Selbst bei verstärkten Sendern mit variablem Widerstand, die auf Edisons Idee basierten, war die Reichweite von Telegraphen und Telefonen unvergleichlich. Das komplexere Telefonsignal war anfälliger für Rauschen, und die elektrischen Eigenschaften schwankender Ströme waren weniger bekannt als die Eigenschaften des im Telegraphen verwendeten Gleichstroms.

Zweitens gab es ein Kommunikationsproblem. Bell's Telefon war ein Eins-zu-Eins-Kommunikationsgerät, es konnte zwei Punkte auf einem Kabel verbinden. Für den Telegraphen war dies kein Problem. Ein Büro kann viele Kunden bedienen, und Nachrichten können problemlos von der Zentrale an eine andere Leitung weitergeleitet werden. Es gab jedoch keine einfache Möglichkeit, ein Telefongespräch zu übertragen. In der ersten Ausführungsform des Telefons konnten sich die dritte und nachfolgende Person nur über ein später als "gepaartes Telefon" bezeichnetes Telefon mit den beiden Chat-Personen verbinden. Das heißt, wenn alle Geräte der Teilnehmer an eine Leitung angeschlossen wären, könnte jeder von ihnen mit den anderen sprechen (oder lauschen).

Wir werden zu gegebener Zeit auf das Problem der Entfernung zurückkommen. Im nächsten Teil werden wir uns mit dem Verbindungsproblem und seinen Folgen befassen, die sich auf die Entwicklung des Relais ausgewirkt haben.

Was zu lesen

• Robert V. Bruce, Bell: Alexander Graham Bell und die Eroberung der Einsamkeit (1973)
• David A. Hounshell, „Elisha Gray und das Telefon: Über die Nachteile eines Experten“, Technologie und Kultur (1975).
• Paul Israel, Edison: Ein Leben der Erfindung (1998)
• George B. Prescott, The Speaking Telephone, Talking Phonograph und andere Neuheiten (1878)