Прежде чем отправить звук путешествовать, Белл тщательно подбирал ему надежных помощников.

Ими оказались: явление электромагнитной индукции и результаты опытов немецкого физика Хладни. Познакомимся с ними поближе.

Майкл Фарадей

Явление электромагнитной индукции, открытое английским физиком Фарадеем в 1831 году, состоит в том, что в замкнутом проводнике, к которому подносят магнит, возникает электрический ток. Ток в катушке будет тем больше, чем быстрее мы подносим к ней магнит. Если магнит удалять, то в катушке тоже возникает ток, но противоположного направления.

И вот Белл намотал проволоку на намагниченный стержень и, замкнув концы проволоки, обнаружил, что если к одному из его концов поднести звучащий камертон, то в катушке возникает ток переменного направления. Если теперь концы проволоки соединить с концами другой такой же катушки, намотанной на стержне, перед которым поставить такой же камертон, то ножки второго камертона придут в движение. Он будет звучать. Переменный ток, протекая по второй катушке, намагничивает находящийся внутри нее стержень. А тот в такт изменению тока то сильнее, то слабее притягивает находящуюся вблизи него ножку камертона, заставляя ее совершать колебания. Теперь надо было подумать о передаче человеческой речи.

Опыты Белла

Немецкий физик Хладни изучал звучание колеблющихся пластин. Он приводил их в колебательное движение с помощью обычного смычка, того самого, который вы часто видите в руках скрипачей. Хладни интересовало, каким образом колеблются различные участки пластин. Для этого он изучал затейливые узоры, образованные посыпанным на пластины песком.

Для одинаковых тонов эти узоры всегда повторялись. Это означало, что пластина колеблется каждый раз совер шенно одинаково.

Опыт Хладни

Повторяя опыты Хладни, Белл заметил, что пластины отзываются и на звук человеческого голоса. А это значит, что пластина колеблется под действием звуковой волны человеческой речи. Тогда Белл выбрал пластинки соответствующей толщины и расположил их вместо камертона.

Под действием звука человеческого голоса одна из таких пластин приходила в колебательное движение, создавая в катушке импульсы электрического тока. Эти импульсы передавались в другую катушку. При этом стержень, на который она была намотана, перемагничивался. Расположенная перед ним вторая пластина пришла в движение и в точности воспроизвела звук первой, то есть человеческую речь!

«Передаватель» Белла

«Приемник» Белла

Так звук стал путешественником. Изобретенное Беллом устройство названо телефоном. Слово телефон означает «видимый звук». Такое название устройству Белла дано потому, что звуковые колебания, воспринятые пластинкой, становились видимыми, если ее посыпать песком, как делал Хладни.

Легко понять, что принципиальная конструкция, позволяющая передавать речь на расстояние, так остроумно решенная Беллом, в то время обладала большими техническими недостатками.

Первоначально два лица, соединенные телефоном, говорили по очереди. Один говорил, а другой слушал. Затем говорил другой, а первый слушал, используя для этого одно и то же устройство — телефон. Устранил это неудобство микрофон изобретателя Юза.

Микрофон Юза

Микро означает «малый», а фон — «звук». Устройство Юза улавливало самые малые, совсем незначительные звуки и передавало по телефону, делая их хорошо слышимыми.

Микрофон Юза представлял собой две угольные чашечки, внутрь которых был помещен стерженек из угля. Малейшее сотрясение вызывало дрожание этого стерженька. Чашечки соединялись с полюсами батареи. Сила тока в этой цепи из-за дрожания стержня менялась, ибо при этом менялось сопротивление из-за переменных контактов между стержнем и чашечками. Изменение силы тока, разумеется, происходило в такт дрожанию стержня. А его колебания легко возбуждались звуками человеческой речи. Объединением микрофона и пластинки телефона была создана телефонная трубка. Со временем угольный стерженек был заменен угольным порошком, сопротивление которого очень резко менялось с изменением величины давления.

В настоящее время существует несколько типов микрофонов. Но они похожи на первый микрофон Юза.

Так когда-то разговаривали по телефону

Спустя четверть века после изобретения телефона немецкий физик Герц получил электромагнитные волны, существование которых предсказал великий английский ученый Максвелл.

Велико было торжество научной теории. Но еще значительнее стала победа, когда электромагнитные волны заставили служить человеку.

Одно из величайших открытий в этой области было сделано русским физиком Александром Степановичем Поповым.

Александр Степанович Попов

Изучение электромагнитных волн Герца, как их тогда называли, привело Попова к мысли, что благодаря быстрому распространению в пространстве эти волны можно использовать для передачи сигналов. И он создал первые в мире передатчик и приемник электромагнитных колебаний — радиоволн. Вначале это были сигналы азбуки Морзе: короткие — точки, длинные — тире.

Приемник Попова

Но как быть с музыкой и человеческой речью?

Звуковые колебания можно превратить в колебания электрического тока, но передать их без проводов нельзя. Дело в том, что электромагнитные колебания можно излучать в пространство лишь в том случае, когда их частота будет значительно больше, чем верхний предел числа слышимых колебаний.

Эта трудность была устранена весьма остроумным и в то же время простым способом.

Электрические колебания высокочастотного передатчика сложили с электрическими колебаниями, которые возбуждает звук, и вот эту смесь стали излучать в пространство. Звук как бы оседлал электромагнитную волну. Добравшись на ней до приемника, который отделяет электрические колебания звуковой частоты от электрических колебаний высокой, он поступает в телефон, заставляя пластинку этого аппарата совершать звуковые колебания и излучать звук в окружающее пространство. Так звук садится на «коня», называемого несущей частотой, и мчится на нем до приемника. А там он спрыгивает и двигается самостоятельно, давая нам возможность услышать далекую музыку.

В Москве, в музее Льва Николаевича Толстого, хранится интересный подарок, который был ему сделан знаменитым изобретателем Томасом Эдисоном.

Томас Эдисон прислал в подарок Льву Николаевичу Толстому слепок со звука, или, как в то время говорили, говорящее письмо.

Каким же образом удалось жителю Америки прислать через океан в далекую от него Россию запись своего голоса?

Звук издают тела, колеблющиеся в какой-либо среде, например в воздухе. Но если на пути распространения звука поместить тонкую пластинку, то она под действием колебания окружающей среды сама приходит в движение. Это явление и было использовано Томасом Эдисоном для записи звука.

Он укрепил на такой пластинке иглу из сапфира; игла едва касалась небольшого цилиндра. При вращении цилиндра она слегка царапала его поверхность, покрытую листом олова. Глубина царапины при этом была одинаковой. Но если на пластинку падала звуковая волна, след иглы становился неравномерным, так как под действием звука пластинка вместе с иглой колебалась и прижимала иглу к поверхности цилиндра с различной силой. Для того чтобы после одного оборота игла не попадала снова в проделанную ею борозду, цилиндр при вращении смещался по оси. И борозда, которую царапала игла на поверхности цилиндра, извивалась спиралью.