Телефонная связь

Телефонная связь – концепция использования информационной линии для передачи звуковых сигналов на расстояние абонентами посредством телефонов. Особенности аппаратуры позволяют лучше всего транспортировать диапазон частот голосового спектра.

Оставим дым и барабаны индейцам. Считаем излишним упоминать телеграф, получивший собственный обзор.

Телефон влюблённых

Истоки восходят к идее струнного (жестяного) телефона, часто называемого телефоном влюблённых – две диафрагмы, соединённые проволокой. Акустические механические волны прекрасно переносятся твёрдыми материалами, нитками. Колебания жестяного телефона иногда переносит жидкость. Конструкции, применяющие трубы, иные физические среды, известны с древности. Современную историю начинают экспериментами Роберта Кука (1664..1685). Первые модели использовали тугие верёвки, учёному приписывают струнную модель (1667).

Это интересно! Жестяной телефон упоминает Дэвид Боуи (Space Oddity). Строго говоря, струнный и жестяной телефоны немного отличаются. Впрочем, литература опускает мелкие детали, касаясь выбранной тематики.

Европейским детям хорошо известна конструкция, использующая пару бумажных стаканчиков, жестяных банок, пластиковых бутылок. Одно время концепцию считали конкурентом электрических моделей: обе использовались параллельно. Ныне учебные модели помогают преподавателям объяснить ученикам принципы распространения акустических волн.

Рупор в виде бумажного стаканчика служит резонатором (концентратором вибраций). Продольные колебания распространяются нитью, достигая визави. Углы обходят внедрением дополнительного (промежуточного) резонатора.

Говорящий телеграф

Инноченце Манцетти считают родоначальником попыток создания рабочей модели «говорящего телеграфа». Концепция выдвинута в 1843 году. Приглашённые на демонстрацию 1864 года журналисты отметили неработоспособность лабораторного образца. Годом позже Инноченце добился своего. 22 ноября 1865 года парижская газета «Ле петит журнал» перевела итальянскую заметку, кратко описывая электрический телефон:

• Манцетти передаёт слова посредством телеграфного провода, пользуясь аппаратом, напоминающим оборудование диспетчеров. Теперь купцы Лондона и Калькутты могут обсудить детали бизнеса. Успехи несомненно подтверждают гипотетическую полезность изобретения. Музыка передаётся отлично, гласные звуки хорошо различимы.

Тремя месяцами ранее проскользнула заметка, намекающая на заинтересованность вопросом представителей телеграфных служб Великобритании. Дело окончилось ничем.

Возникновение термина

Термин телефон внедрил капитан Джон Тейлор (1844), создав рупорную систему управления судами в туманную погоду. Электрический вариант изобрёл Иоганн Филипп Рейс, признаваемый историками первым экземпляром предка современного связного оборудования. Учёные источники считают изобретателем идеи бельгийца Шарля Борсеу, опубликовавшего заметку на французском (1854), обсуждающую устройства, снабжённые подобиями микрофонов. Первая удачная реализация Рейсом нового изобретения зафиксирована в октябре 1861 года:

1. Устройство принимало звук голоса.
2. Происходило преобразование акустических волн в электрические импульсы.
3. Информацию передавал медный провод.
4. Ответный телефон ловил электроны, формируя заложенное передатчиком звучание.

Электрический телефон Рейса

Год спустя, изобретатель продемонстрировал новинку Вильгельму фон Легату, инспектору Королевской Прусской телеграфной компании, сделавшему соответствующую зарегистрированную запись. Заметка стала важным фактором, позволив Эдисону (1875) сконструировать углеродный микрофон. Легат приложил эскизы устаревшие. Эдисон охотно признавал помощь Рейса:

• Автор идеи передачи дистанционно музыки, несомненно, Рейс. Артикуляцию предложил переправлять посредством провода Белл. Первый коммерческий вариант изобретён мною лично. Ныне используемые модели – эдисоновские (передающие) и Белла (приёмные).

Историки отмечают лёгкий бред отмеченной сентенции. Уже Рейс передал фразу Das Pferd frisst keinen Gurkensalat. Великий Эдисон упустил огурчики. Изобретатель прекрасно знал, что лингвистические особенности немецкого сильно усложняют слуховое восприятие факта отрицания лошадью салата. Потому использовал именно это предложение, доказывая убедительность собственного изобретения.

Динамик устройства использовал явление магнитострикции, открытое ранее Джоулем (1942). Обмотав проволокой железный сердечник, изобретатель расположил иглу напротив f-образного отверстия скрипки. Проходящий ток изменял размеры стержня, раздавался щелчок. Чувствительность первой конструкции оставляла желать лучшего. Вторую – снабдили сигарообразным резонатором. Слишком слабый звук компенсировался отличным качеством звучания (воспроизводимая речь уступала возможностям воспроизведения музыки). Желающие увеличить громкость могли повысить ток.

Белл

Александр Белл интересовался лингвистикой в силу семейных традиций. Посещал индейские резервации, выучил могаукский язык. Усовершенствовал электронное пианино-мелодеон, снабдив возможностью передавать дистанционно музыку. С отцом мечтали заняться преподавательской деятельностью. Вскорости Мелвилла пригласили обучать авторской системе жестов (для глухих) городские учители. Родители осели в Монреале.

Одержимый двумя желаниями, преподавать и изобретать, Белл посещает Европу. Отец уговаривает вернуться в Канаду. Белл становится преподавателем, набирает группы людей с ограниченным возможностями, обучает навыкам общения. Исследует акустические механизмы ночами, хронически недосыпает, зарабатывает нудные головные боли. В 1873 году принимает решение оставить преподавание, всецело посвятив время изучению физики.

Исследуя гармонический телеграф, фонавтограф, Александр размышляет. Наблюдает движения пера, вырисовывающего форму электрического сигнала поверх дымчатого стекла. Приходит идея создать металлические резонаторы, настроенные на собственные длины волн. Идея является модернизированной концепцией электрического мелодиона. Руки учителя бессильны собрать рабочую модель. Тем временем президент Вестерн Юнион, Вильям Ортон, замечает небывалый рост спроса. Лелея мысль удешевить процесс эксплуатации проложенных сетей путём параллельной передачи нескольких сообщений, делец нанимает Эдисона и Элишу Грея.

Белл находит спонсоров, Томаса Сандерса и Гардинера Хаббарда, согласившихся оплачивать расходы. Патенты должен регистрировать адвокат Хаббарда, Энтони Поллок. В марте 1875 года, прихватив адвоката, изобретатель посещает Джозефа Генри, занимавшего место директора Смитсоновского института. Испросив совета, получает ответ: учиться, батенька, учиться и ещё раз учиться. Генри положительно характеризует затею Белла.

Поворотным моментом считают факт включения в проект Томаса Ватсона. 2 июня 1875 года новый ассистент нечаянно включает в цепь металлический стержень. Принимающий передачу Белл слышит звук. Учёный понимает: хватит одного резонатора. Так родился безбатарейный телефонный аппарат.

Безбатарейный телефон

Белл случайно изобрёл модель, украшающую большинство судов. Безбатарейный телефонный аппарат традиционно красного цвета передаёт большую часть команд, помогает поднять тревогу. Устройство используют с 1944 года минимум, обеспечивая исправное исполнение командой приказов в условиях нарушения энергоснабжения объекта. Система связи постоянно действует: оператор просто поднимает трубку, донося информацию оппоненту. Сеть включает минимально 2 аппарата, типичный набор американских боевых судов:

1. Смотровой кормы.
2. Смотровой правого борта.
3. Смотровой левого борта.
4. Смотровой ходовой рубки.
5. Командный пункт.

Передатчик выступает акустико-механическим преобразователем. Ввиду слабости сигнала приёмник оснащают громкоговорителем, снабжённым динамиком на сбалансированном сердечнике. Два свитых провода передают электрические колебания на дальности до 50 км. Усложнённые модели снабжены набором продвинутых функций:

1. Магнето, вырабатывающий энергию.
2. Электрический звонок.
3. Селектор абонентов.

Требования береговой охраны США предписывают судам быть оборудованными безбатарейными телефонами. Предписание исполняют коммерческие, промышленные корабли. Подобными средствами оснащают разводные мосты, высотные здания, лыжные подъёмники.

Акустический телеграф

14 февраля 1876 года патентный адвокат, работавший с Беллом, заполнил заявку, касающуюся акустического телеграфа. Прибор использовал частотное деление каналов, позволяя одной линии передавать два сообщения. Формированием нужной волны занимался вилочный коммутатор, поскольку колебательные контуры ещё не использовали.

Патент далёк конструкции телефона, однако содержит фразу, играющую ключевую роль. Текст застолбил любое изобретение, касающееся передачи посредством телеграфного провода речи, звука. 7 марта бюро одобрило заявку, 10 марта Белл построил первую работоспособную модель, использующую жидкую среду передачи колебаний: вибрации диафрагмы изгибали иглу, меняя электрическое сопротивление цепи. Изобретатель немедленно передал ассистенту фразу: Мр. Ватсон, идите сюда, нам нужно увидеться. Помощник отчётливо разобрал указание, выполнив пожелание Белла.

Это интересно! Утром 14 февраля 1876 года Элиша Грей запатентовал жидкий передатчик колебаний. Белл использовал аналогичную конструкцию, не закрепив право патентом. Факт известен историкам, как «соперничество» двух учёных. Эксперты склонны предполагать взаимную неосведомлённость.

Белл апеллировал к вопросам, касающимся передачи звука, указывая факт получения патента (25 февраля 1875 года) на жидкий ртутный преобразователь, использующий явление изменения сопротивления. Элиша Грей предлагал чистую воду. Идею использовал Белл, конструируя первый телефон.

Коммерческий успех

Разведка боем прошла 3 августа 1876 года в присутствии случайных свидетелей в телеграфном офисе Маунт Плезент. Дальность связи составила 8 км. Белл хотел продать патент Вестерн Юнион, получив 100 тыс. долларов. Президент компании отшутился, назвав изобретение игрушкой. Два года спустя он сам прибежал просить, огласив новую сумму сделки – 25 млн. долларов. Однако инвесторы Белла успели заработать миллионы, отказавшись. Изобретатель лично получил отчисления свыше 1 млн. $.

Изобретение возжелали видеть правящие круги мира, откровенно выказывая интерес. Телефонная компания Белла организована в 1877 году. Десять лет спустя предприятие обслуживало 150 тыс. абонентов. Нанятые инженеры внесли массу усовершенствований, сделав телефон успешнейшим из существовавших изобретений. В 1879 году к телефонной компании Белла перешёл патент углеродного микрофона Эдисона (27 апреля 1877 года) от Вестерн Юнион. Тогда абоненты, наконец, перестали кричать, ведя переговоры.

В январе 1915 года состоялся первый трансконтинентальный звонок. Находясь в офисе АТ&Т (Нью-Йорк), вызвал Томаса Ватсона (Сан-Франциско). Таймс немедленно выпустила кричащие передовицы:

• 9 октября 1876 года Александр Грэхэм Белл, заручившись поддержкой Томаса Ватсона, передал телефонное сообщение на дальность 2 мили (Кембридж-Бостон). Первый когда-либо состоявшийся телеграфный диалог. Вчерашним полднем (25 января 1915 года) означенные господа покрыли расстояние 3400 миль (Нью-Йорк – Сан-Франциско), покорив континент (Северная Америка).

Преодолев 18-летний путь, телефонная компания Белла получила 587 исков, оспаривавших патенты, получаемые инженерами. Однако безуспешно. Лабораторные записи Белла, семейные письма продолжали обеспечивать ответчика неоспоримыми доказательствами. Истцы (Элиша Грей, Амос Долбир) открыто признавали первенство Белла личными посланиями. Документы значительно ослабили убедительность притязаний.

Компания Белла успела выиграть в суде даже правительство. Длившаяся 9 лет тяжба принесла смерть государственному адвокату, 2 патента истекли по срокам. Упорные истцы продолжали судиться. Отыскивались и другие претенденты, возжелавшие предоставления субсидий. Всякий раз свидетельства оказывались недостаточными для подключения услуги. Антонио Меуччи пытался датировать собственные попытки 1834 годом. Материалы лабораторных экспериментов были утеряны. Попытки отсудить денег окончились смертью Меуччи.

Клятвенные заверения

Работник патентного бюро, Зенас Фиск Вильбер, клятвенно заявил: будучи алкоголиком, задолжал адвокату Белла (Марселлусу Бэйли) денег. Вместе друзья прошли Гражданскую войну. Зенас доносил публике факт тайного показа текста патента Грея адвокату и Беллу. Попутно упоминая передачу последнему суммы 100 долларов. Белл подтвердил осведомлённость в некоторых технических деталях, отрицая получение денег.

Промышленным изготовителям новинок Белла, дождавшимся срока окончания патента, пришлось туго: люди отказывались покупать. Дальность невелика. Однако бюро зарегистрировало 300 патентов, увеличивающих дистанцию до 800 метров. Компания Лемюэля Меллетта (Пульсион Телефон Сапплай, Массачусетс) представили версию 1888 года, заточенную под железнодорожную отрасль. Дальность связи составила 4,8 км.

Конструкции

Первые конструкции многообразны. Ведущие разработки касались преимущественно микрофона:

1. Водный вариант Белла.
2. Металлическая диафрагма в поле постоянного магнита.
3. Вибрирующая проволочная катушка.
4. Превалировала углеродная модель Эдисона.

Безбатарейные варианты немедля нашли сторонников среди представителей военного флота. Ограниченным числом на протяжении двадцатого века оборудовали подводные лодки, суда. Патент Эдисона обеспечил компании Белла монополию, захватившую изрядный кусок следующего за изобретением столетия.

Первые модели телефонов использовали однопроводную сеть с местным заземлением общего провода, повторяя принципы телеграфа. Зелёное общество недооценило открывающиеся возможности. Аппараты соединяли попарно куском медного провода. Первоначально абоненты вызывали друг друга свистом. Позже корпус снабдили электрическим звонком, включённым последовательно с конденсатором, блокирующим протекание постоянного тока. Модели, объединённые коммутаторами Страугера, требовали семи проводов:

1. Ножевой переключатель.
2. Телеграфная кнопка (использующая азбуку Морзе) – 2 шт.
3. Звонок.
4. Кнопка вызова.
5. 2 голосовых провода (сигнал, общий).

Это интересно! Американские фермерские общины заменяли медную жилу колючей проволокой, опоясывающей владения.

Страугер начал использовать дисковый формирователь адреса вызываемого абонента (импульсный набор). Нельзя повествованием пропустить магнето. Абонент должен был вертеть ручку, производя высоковольтное напряжение, способное стронуть колокольчик визави. Постепенно произошло функциональное разделение корпуса:

1. Трубка.
2. Подвесной крюк.
3. Главный блок, содержащий звонок, магнето.

Постепенно трубка включила также электромагнитный динамик. 30-е годы родили настольную модель (тип 202), известную сегодня повсеместно. Первоначально передатчик подпитывали местной аккумуляторной батареей. Параллельно дисковый импульсный набор становится доминирующей технологией. Отдельные аппараты включали магнето до 60-х годов. 1963 год порадовал абонентов появлением цифрового набора.

Двухпроводная система

Недостатки единственного провода быстро осознали:

• Перекрёстные помехи. Абоненты разных линий могли слышать друг друга.
• Влияние близлежащих проводов переменного тока, аналогичное указанному выше, вызывающее свисты, треск, гудение.

Витые пары питания переменным током уже были проложены. Дальняя связь использовала 4 медные жилы. Знаменитые телефонные будки первоначально позволяли домоседами совершать именно дальние (междугородние) вызовы.

Клавишный набор

Набор клавишами значительно ускорил выбор абонента. Эксперименты с двухтоновым набором компании Вестерн Электрик датируются 1941 годом. Параллельно телеграфисты пытались заручиться помощью компьютера. Первая система (1947), оборудованная коммутаторами пятого класса, окутала штат Пенсильвания. Эксплуатация продемонстрировала ненадёжность технологии. Задумку забыли надолго.

Ключевым поворотным пунктом стало изобретение транзистора. 18 ноября 1963 года после трёхлетнего тестирования Белл Систем представила двухтоновую мультичастотную технологию – зарегистрированную торговую марку Тач-Тон. Следующие десятилетия импульсный набор активно вытеснялся. Подавляющее число производителей оставило обратную совместимость путём внедрения переключателя типа.

История оцифровки

Концепция клавишного набора (1887) сгенерирована конкуренцией конца XIX века. Однако отсутствовало понятие АТС, внедрённое позже. Дата предшествует даже изобретению Страугером коммутатора 1891 года. Системы Белла до 1919 использовали ручную коммутацию вызовов. 1951 год принёс миру внечастотную сигнализацию, использованную первыми поколениями мобильной связи.

Рост количества абонентов ускорил внедрение клавишного набора. Первоначально задействовали 4, 5, 6 цифр. Наконец, число достигло ныне используемых семи. Звонок в соседний регион использовал 11-значные номера. В 50-е компания AT&T доказала предпочтительность использования тонового набора. 1 ноября 1960 года первый коммерческий вариант сети окутал офис Финдли (Охайо). 1962 год дооборудовал аппараты набором новинок. Выставочная модель украсила павильон Белл Систем на выставке Сиэтла.

22 апреля 1963 года президент Джон Кеннеди начал посекундный отсчёт к грядущей ярмарке тоновым набором «1964». 18 ноября Белл Телефон представила клиентам коммерческие модели. 10-кнопочная модель в 1968 году вытеснена 12-кнопочной, поддерживающей развивающиеся технологии дальней связи. Однако эра импульсного набора затянулась.

Ныне производится оцифровка голосовых сообщений. Не только сигнала вызова.