fotovivo

Categories:

Как люди научились говорить по проводам

🔴 Лучший способ понять, как что-то работает — проследить, как до этого додумались исторически. Лучший способ объяснить — дать подержать в руках. Играем с внуком в телефон. Для индукции и волновой природы звука он еще маленький, зато для игры самый подходящий возраст: дорастет до электромагнетизма и акустики — пригодится.  

Для начала хорошо бы сабж пощупать.

Телефон-автомат становится раритетом. Кое-где на улице аппарат еще можно встретить: спешу показать внуку — будет вспоминать «а я еще уличные таксофоны застал!»; мечтаю найти действующий, чтоб хотя бы гудел в трубке.

Сейчас и дома уже мало у кого стационарный сохранился; служебных еще много, в поликлинике, например, можно показать. А подержать в руках — вот только на улице. 

Иначе как рассказать о целой технической эпохе — когда связь велась по проводам.  
🔴
— А зачем? Может это как раз тупиковая ветвь развития техники, занялись бы плотнее радиоволнами еще во времена Фарадея, вместо телеграфа-телефона радиостанцию изобрели, уже бы сто лет как по сотовым говорили!  
— Если бы не сделанные за время развития телефонии сотни открытий, тысячи  наработок в области передачи данных по проводам — где бы были сегодняшние сети! До сих пор по кабелю надежней и экономичней. 


🔴 Как это работает

Я помню страницу учебника с принципиальной схемой устройства: катушка индуктивности, мембрана, угольный порошок в микрофоне меняет сопротивление — с этим понятно, сигнал проходит-не проходит (у меня даже был приборчик «Гравер-электровыжигатель» — граверное жало как раз из катушки «выстреливало» в импульсном режиме). 

Меня озадачивал принципиальный вопрос —  щелчки, свист, гудение, было бы ожидаемо, но как железка говорит человеческим голосом? 

Да не абы каким — узнаваемым, хоть песни пой в трубку. Когда мы знаем, что  речевой аппарат даже у человека — штука тонкая, чуть что не то — и не видать тебе оперной сцены!  («И выковал кузнец железное горло и стал волк тоненьким голоском приговаривать»: вот тоже удивляло —  куда железяке?)

 🔴 Начнем с простого.
Так или иначе малыш наслышан, что звук передается по воздуху («ветром слова относит», или наоборот, «издали  принесло собачий лай»), стоит приоткрыть окно вагона и можно друг друга слышать.

Прижмем поплотнее к лицу воздушный шарик и попробуем говорить через него: 

Как раз пригодился подарочный )
Как раз пригодился подарочный )

Нас прекрасно слышно! Хотя никакой воздух никуда не проходит.
Как это получается?
— Ладонь, которая держит шарик, чувствует его вибрацию.
Надувной шарик «говорит человеческим голосом»!
Звук  получается немного гулкий — в процессе участвуют обе резиновые «мембраны» (ближняя к нам задняя стенка и передняя)

Накройте заварочный чайник листком бумаги, насыпьте сверху немного соли,  подуйте в носик и посмотрите что будет. — Ничего не будет.
А теперь погудите протяжным долгим «Уууууууу!»
— Кристаллики пляшут на бумаге, выстраиваясь сложным узором!
Можете прикрепить бумагу скотчем, закрыть крышкой и обернуть пленкой — погудев в носик вы все-равно услышите звук. Который в данном случае не передается по воздуху, поскольку воздух из чайника не контактирует с наружным. Вибрируют его стенки.
— Сам чайник  «говорит человеческим голосом»! 

🔴 Т.е. голос может передавать любой упругий материал начиная от собственно воздуха;  звуки прекрасно передаются через воду: наполните тот же чайник водой почти до верху - так что бы она стояла в носике и погудите: услышите прекрасное булькающее «У-у-у-у-у» =)

Пробуем с внуком на звукопроницаемость всё что попадет под руку — стеклянную банку, картонную коробку.. Вот разве что в подушку особо не попоёшь, кричи-не кричи, почти не слышно.
Зато целая стена или окно способны вибрировать под действием звука, «ретранслируя» голос в соседнюю комнату или с улицы внутрь. 

🔴
— А что если... заставить предмет  вибрировать? не с помощью голоса, еще как-нибудь?
(Если внук сразу не догадается, тихонько подсказываем: «брынь-брынь»)
— Он будет петь! или дребезжать, уж как получится. Линейка, зажатая с одного конца, натянутая нитка, струна (детской) гитары. 

— Мы в одном шаге от изобретения телефона, уже знаем как заставить «железное горло» говорить, осталось только передать на него нужные вибрации.

Классический эксперимент со стаканчиком (веревочный телефон):

На спичках закрепляем леску, зубная нить тоже подойдет:

Говорим в первый стаканчик, второй внук подносит к уху. Только отойти нужно настолько, чтоб нитка натянулась как струна. Трубный глас передается от «входной» мембраны к «выходной» по нитке. Если пережать нитку пальцами, мешая колебаниям — эффект исчезает.
🔴
Вывод: Передавать голосовые вибрации можно.
До «разговоров по проводам» осталось пол-шага!


Лирическое отступление: 

«У поколения бабушек в детстве не было мобильных, им приходилось пользоваться «телефоном» из спичечных коробков и ниток». — Сообщают малышам  познавательные странички.
— «Пользовались» — это преувеличение. Эффект забавный, но на один раз. Не интересно натягивать нитку по прямой, смысл же в том чтоб «дозвониться» туда, куда просто так не докричишься:   куда-нибудь в укрытие, на другой этаж; понятно, что такая конструкция не работала, мы просто играли «в телефонную связь».
С гораздо большим удовольствием перестукивались через батареи переговаривались через шланги, трубочки и трубы, где только удавалось их встретить. 

«Самым древним был «верёвочный телефон», известный много веков назад» — уверяют 49 тысяч «развивашек» и развлекательных каналов.
Чуть боле трёх, веков. Три это куча «много»?
В 1667 году известный физик Роберт Гук обнаружил, что звук хорошо распространяется по туго натянутой бечевке. Это нашло широкое применение, в основном, в детской игрушке - "нитяном телефоне".
Забава наподобие «послушать шум моря в ракушке» - переговариваться по ниточке дальше, чем можно расслышать собеседника обычным образом, в реальной обстановке не получится.
Подергайте натянутую нить — шумы передаются куда лучше голоса!
Можно даже поиграть с шумами: потрите нитку мокрыми пальцами (или мокрой салфеткой) — услышите смешное кудахтанье :) 

Те же горе-просветители повторяют кем-то пущенную фразу: «в Древнегреции использовали для переговоров подземный трубопровод между домами». Ой ли? Историками ничего подобного не упоминается. Смысл? Они интенсивной офисной работой из дому не занимались, рабы всегда были под рукой на посылках.
Хотя на самом деле некий «трубчатый телефон» существовал.
Идею сформулировал  в 1579 году итальянец Делла Порта и предложил покрыть страну сетью говорящих труб вроде тех, что используются на пароходах для связи капитана с машинным отделением. Но поддержки это предложение не нашло.
Более широкое распространение трубчатая связь получила после того, как в начале XIX века французский физик Жан Б. Био (который «Био-Савара-Лапласа закон») исследовал распространение звука на большие расстояния по трубам. Позже трубы для лучшей связи стали наполнять светильным газом.  
И, кто-то слышал об этом не как о техническом курьезе? 

Вот еще интересный опыт: привяжите в середине нитки чайную ложечку,  прижмите стаканчики к ушам и, сидя на краю стула, раскачивайте нитку так, чтобы ложечка ударялась о ножку стула —  услышите густой, певучий - колокольный звон!
Конец отступления :)


🔴 Как электричество помогает передавать звук по проводам

Что  изобрел Белл? (или не Белл, а один из менее известных предшественников; нас интересует история техники, а не особенности патентного права в Штатах).
Что на тот момент уже было известно физикам, техникам, механикам и что именно требовалось, чтобы всё завертелось?

Разумеется, было известно, что ток течет по проводам, подсоединенных к «вольтовой батарее», гальваническому элементу.
Экспериментаторы увлеченно исследовали индуктивность.
(Опыты с батарейкой  легко показать на подручных материалах и готовые наборы на Али в ассортименте) 

🔴 Врач и по совместительству экспериментатор Чарльз Пейдж интересовался электролечением, опробуя его на себе и однажды заметил, что спиральный проводящий контур, помещенный между полюсами подковообразного магнита при размыкании производит необычный эффект — магнит (по форме тот же камертон) — начинает звучать. Пейдж назвал это гальванической музыкой. Открытие повлекло волну исследований генерации звука электричеством.
(Кст, Белл признавал существенность вклада Пейджа в развитие телефонии).

🔴 Первый прибор, созданный на основе электрозвукового эффекта можно считать прототипом телефона: И.Рейс, учитель математики, акустик, специалист по обучению слабослышащих первым придумал как переводить звуковые колебания в электрический сигнал и обратно. В этом ведь и заключается идея телефонии:

Первый прототип устройства «telephon» (дальноговоритель), построенный в 1860 году, состоял из вырезанного из дерева «уха» с растянутой на нём мембраной, сделанной из свиного мочевого пузыря. К нижней части мембраны был присоединён платиновый электрод, при вибрации размыкавший и замыкавший контур с батареей. Приёмником была катушка из провода, намотанного вокруг вязальной спицы, закреплённой на скрипке. Корпус скрипки усиливал вибрации изменяющей форму спицы, когда она поочерёдно намагничивалась и размагничивалась.

🔴 Мы у цели! 

— Если на воздушный шарик приклеить проводящую металлическую пластинку — она будет колебаться под воздействием звука (вместе со всем шариком). Вблизи (почти впритирочку) нужно расположить контакт, который будет замыкать/размыкать электрическую цепь (проводки идущие к полюсам батарейки), формируя прерывистый сигнал.
Теперь представим, что проводок длинный-длинный,  идет аж в соседнюю комнату и там к нему подключается абонент — разрезает проводок и подсоединяет к проволочной катушке, внутри которой сидит металлический штырь.
Когда цепь замкнута, т.е. по ней идет ток — штырь-сердечник намагничивается и притягивает металлическую пластинку, приклеенную к такому же шарику или просто к мембране — она начинает звучать! «Человеческим голосом!»

Хотя последнюю часть эксперимента мы проделали умозрительно, какой-то след объяснение оставит :)

🔴 Дополнение на вырост:

— Это как телеграф? Если вместо самописца прикрепить мембрану — получится телефон?
— Белл и остальные как раз и работали над «голосовым телеграфом». Отправным пунктом разработок именно телеграф и был.
Но — есть разница. Сигнал телеграфа — это чередование включений-выключений тока.
Для телефонии потребовалось более сложное устройство, передающее «модулированный» сигнал: чтобы голос звучал как настоящий, колебания должны отличаться по силе и частоте  — коснувшись рукой воздушного шарика, мы почувствуем то  «крупную дрожь», то более мелкую, произнося нараспев различные звуки; потребовалось устроить прибор  так, чтобы сила тока менялась в зависимости от положения мембраны, а не просто сразу происходило разъединение или соединение цепи. У прототипов «микрофоны» были жидкостные — один из контактов погружался в жидкость, приближаясь к другому , что обеспечивало сначала небольшую, нарастающую проводимость, пока цепь не замыкалась окончательно. 


🔴 Справочник юного патентоведа
:

— Так кто же кто же всё-таки изобрел телефон?
— Никто, или — все вместе. Камертон Пейджа — трудно назвать телефоном, с другой стороны Рейс лишь добавил деталей к принципиальной схеме.

Авторство изобретений — вопрос не однозначный. Зачастую отмечают заслуги создателя лучшего рабочего или наиболее практичного прототипа, а не первооткрывателя.

🔴 С идеей телефонной связи и теоретическими разработками носились - итальянский изобретатель Инноценцо Манцетти (1844г); принцип действия телефона  изложил в своей диссертации в 1854 году Ш. Бурсель; в 1869 году профессор Харьковского  университета Г.Морозов  подал в российское Министерство почт и телеграфов  заявку на способ "Об одновременной передаче нескольких депеш по одной проволоке", получил одобрение, но не финансирование. Способом заинтересовались другие и весьма плодотворно -
английский инженер Кромвель Варли запатентовал «аудиотелеграф», а следом в 1871 году датский инженер Пол ла Кур добился успехов в реальной передаче музыкальных тонов.

🔴 В 1860 г. Антонио Меуччи опубликовал статью в итальянской газете Нью-Йорка, в которой рассказал о своем изобретении. У бедного Меуччи не хватило $250, чтобы оплатить пошлину в Патентном бюро.
11 июня 2002 года Конгресс США в резолюции № 269 признал право изобретения телефона за Антонио Меуччи.

🔴 Многие знают историю, как Белл и его прямой конкурент Грей подали заявку на патент с разницей в несколько часов, Грей даже опередил с подачей, но Белл первым приложил квитанцию об оплате пошлины. (Нет, никто ни у кого не списывал, их работы доступы в архивах, оба пришли к своим результатам независимо, конструктивные особенности предложенных схем отличаются).  Ни тот ни другой на момент регистрации не имели действующего устройства (Белл со товарищи, уже получив патент, еще очень долго бился над передачей членораздельной речи).

Трубка Белла работала по очереди и на прём и на передачу (как у полевых радиостанций «Приём! Отбой!»). В телефоне Белла не было звонка, позже он был изобретён его помощником Т. Ватсоном.
Дальность действия  линии не превышала 500 метров. 

Главная заслуга Белла не в первенстве и не в том, что его прибор был более продвинут по сравнению с гальваническим «ухом» Рейса.
Белл серьезно и упорно трудился над раскруткой телефонной связи, ездил по городам с гастролями, встречался с влиятельными людьми, расписывая перспективы проекта,  даже  обаял английскую королеву.
Как ни покажется сейчас странным — общественность далеко не наперебой ринулась заказывать новую технику. Им и с телеграфом было не плохо — состоятельные люди тогда даже такси телеграммой заказывали, зачем еще что-то? Для успеха предприятия Беллу пришлось постараться.  
(Это как - одно дело  предложить хешмоб, а другое — раскрутить движуху; возможно когда-нибудь из хешмобов вырастет целая соц.сеть, основанная на новых принципах, и кто в будущем сможет представить, что начиналось всё с долгой раскачки, с «нас много, нас может быть трое»=)

Довел до ума прибор только в 1878 году Томас Эдисон, создавший  принципиально новый тип  аппарата, введя в уже готовую схему индукционную катушку, сочетание которой с угольным микрофоном из прессованной сажи позволило существенно улучшить качество связи — тот самый угольный порошок из нашего учебника физики, обеспечивающий «модуляцию». 


🔴 Конечно же всё не так просто! 

Сигнал затухает с расстоянием, искажается. Мое изначальное сомнение «не получатся ли таким способом одни щелчки да шорохи?» было  совершенно справедливым!
Человеческая речь содержат звуки разных тонов, множество обертонов, гармоник придают голосу определенный тембр, по проводнику они передаются с разной скоростью, в следствии чего сигнал размывается — не случайно Беллу не удавалось передать ясную речь дальше, чем на пятьсот метров. 

Для дальней связи понадобилось множество дополнительных технических решений, новых технологий, а еще и немало сурового матана чтобы рассчитать параметры линий передач 

Условие, найденное Хевисайдом, состояло в следующем: надо так подобрать параметры кабеля, чтобы произведение емкости на сопротивление было равно произведению утечки на индуктивность. Тогда сигнал по кабелю будет распространяться без изменения формы. 

— Полюбопытствуйте на тему «теорема Котельникова», там, кст, тоже перипетея с приоритетом. Пока одни секретились, другие резво застолбили тему.  Хотя, секретились  ведь не без причины.  


🔴 Отступление на тему заслуг перед наукой

В «чистой науке» приоритет определяют по первому упоминанию в печати, а касательно древних — где угодно, хоть в «письмах ученому другу»; расхождение в несколько часов/дней за первенство не считают.  
Что такое «международное признание»? В нынешним понимании — то, что стало достоянием европейски-образованной публики. А публике известно то, что ей сообщили.  
Если в популярных, учебных материалах содержатся безапелляционные заявления «Беллу мы обязаны появлением телефона», а «эпоха радио началась с изобретения Маркони» — это авторская недобросовестность.  Или намеренная тенденциозность.

«В США изобретателем беспроводной связи считают Дэвида Хьюза. В Германии — Генриха Герца; во Франции — Эдуарда Бранли; в ряде балканских стран — Николу Теслу; в Бразилии — Ланделя де Муру; в Англии — Оливера Джозефа Лоджа ; в Индии — Джагадиша Боше; в России — А. С. Попова и Якова Наркевича-Иодко.»
Как и с телефоном — вопрос в том, что именно считать за радиопередачу, а что лишь лишь опытами с электромагнитзмом. Ими занимались многие.  
7 мая 1895 г. А.С.Попов на заседании Физико-Химического Общества продемонстрировал прибор, предназначен для регистрации радиоволн, а 1897 году при помощи аппаратов беспроводной телеграфии Попов осуществил приём и передачу сообщений между берегом и военным судном.   
Патент, подразумевающий некие преимущества в локальном бизнесе, с некоторых пор стали  путать с первенством в науке, что не уместно.
Маркони в 1896 г подал патент «об улучшениях в аппарате беспроводной телеграфии». Аппарат в общих чертах повторял конструкцию Попова, многократно к тому времени описанную в европейских научно-популярных журналах.

Так уж ли важно «международное признание»?
У китайцев не мало достойных мыслителей; среди философов ближневосточного происхождения — не один Барух Спиноза; их помнят и чтят, приобщаясь мудрости, а что «широкая общественность» не  поставлена в известность  —  тем хуже для общественности.  Те, кому хочется «до самой сути» —  дойдут и найдут.
🔴  Хотя не без труда — поиск достоверных сведений среди завалов рерайта, множащего ошибки и искажения, становится настоящим искусством.
Не исключено, что извлечение «зерна» из тон информационной руды окажется ведущей профессией будущего.

Старинный таксофон:

🔴  Школьные познавательные странички дружно упоминают сигнальные столбы дыма и барабанный бой среди отдаленных «предшественников» телефона и телеграфа. Хотя в качестве аналогии (хромающей, как свойственно всем аналогиям)  тут больше подходит курьерская доставка. Только по проводам.
А всякие дальнобойные «семафоры» — мельничные, башенные, оптические уместнее соотнести с радиосвязью. 

Нынешние мобильные аппараты,  по привычке называемые «телефонами», скорее наследники радио, чем телефонии. И, хотя микрофоны современных электронных устройств не содержат никакой угольной крошки, а в основе работы динамиков всё тот же исходный принцип — электрические импульсы возбуждают вибрации мембраны. Она и говорит, уже совсем почти не «телефонным» голосом. 

Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →

Error

Anonymous comments are disabled in this journal

default userpic

Your reply will be screened

Your IP address will be recorded 

Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →