В угольном микрофоне мембрана представляет собой тонкую пластинку из гибкого металла. За ней располагается небольшой кусок угля (в первых моделях это был индийский каучук), представляющий собой своего рода кнопку, оказывающую легкое давление на расположенный за ним блок компонентов. Этот блок состоит из диска, содержавшего крошку (гранулы) угля, сжатую двумя пластинками, которые являются контактами цепи. Когда на контакты подается ток, он проходит через угольный диск.

РИС. 6

УГОЛЬНЫЙ РЕОСТАТ

Команда Эдисона продолжала изучать возможные применения изменяемого сопротивления угольной пыли. Первым из них стал угольный реостат, который разрабатывался для замены обычных реостатов. Устройство состояло из пустого эбонитового цилиндра, где помещались примерно 50 шелковых дисков и графитовый порошок. Они придавливались металлической пластиной с помощью регулировочного винта, что приводило к изменению электрического сопротивления в цепи в диапазоне от 400 до 6000 Ом.

Механизм работы устройства (рисунок 6) следующий: когда кто-то говорит перед мембраной, она начинает колебаться под воздействием акустических волн. Вибрация мембраны действует на «кнопку» из угля, а эта последняя — на задний контакт, передавая в каждый момент времени на него колебательный образ звуковой волны. Данные колебания действуют на электрический ток, проходящий через угольный диск, вызывая изменения сопротивления, в точности соответствующие рисунку волны. Таким образом, звук превращается в изменяемый электрический ток. Сила тока увеличивается или уменьшается в зависимости от изменения давления звуковых волн.

Как видно на рисунке 6, звук, преобразованный в изменяемый электрический ток, пересылается как любой электрический сигнал по проводам телефонной линии до приемного устройства, где он воздействует на электромагнит. Последний включается и выключается в зависимости от изменения силы тока. Электрический ток преобразуется в колебания мембраны, и таким образом воспроизводится оригинальный звук. Эдисон подал патентную заявку на микрофон 27 апреля 1877 года, но патент был выдан ему лишь 15 лет спустя, что вызвало много проблем с изобретателем «Белл Телефон Компани» по имени Эмиль Берлинер (1851-1929), немецким эмигрантом и инженером-самоучкой, недавно прибывшим в США: он представил свою заявку на две недели раньше. Эдисон описал усовершенствованный микрофон, с помощью которого в следующем месяце ему удалось установить двустороннюю связь между телефонами, находящимися на расстоянии 170 км друг от друга. Таким образом, он превзошел телефон Белла, способный установить связь только на 30 км. В 1892 году Федеральный суд Бостона вынес решение в пользу хронологического приоритета Эдисона перед Берлинером в отношении передачи речи на расстоянии. Угольный микрофон был признан изобретением Эдисона.

МЕЛОВОЙ ПРИЕМНИК

Угольный микрофон послужил началом стремительной коммерциализации телефона. Как уже было сказано, первые телефонные системы имели электромагнитный приемник. Компании ВТС и ASTC объединились, что дало компании Белла приоритет на североамериканском рынке телефонии и прибыль около трех с половиной миллионов долларов. Увидев в таком объединении для себя ущерб, Эдисон потребовал и получил компенсацию в 6000 долларов в год на период действия своего патента, то есть на 17 лет. Тем не менее в 1878 году компания Белла подала на него в суд за нарушение патентных прав на их электромагнитный приемник в Англии.

Изобретатель взялся за усовершенствование альтернативного типа приемника и за улучшение приема телефонных сообщений с помощью системы усиления звука, которая позволяла бы слышать его в телефоне с такой же громкостью, как оригинальную речь. Эдисон использовал принцип, уже примененный им при конструировании меловых реле,— электромотограф: сила трения металла о мел, который становится проводником при пропитке нужным составом, обратно пропорциональна пропускаемому между ними току. Его конструкция увидела свет в 1879. году, это был меловой приемник.

РИС. 7

Эдисон разместил внутри приемника вращающийся меловой цилиндр: по его поверхности скользила подпружиненная игла, связанная с мембраной (см. рисунок 7). Мел пропитывался раствором, состав которого мог сильно различаться, хотя чаще всего использовался раствор бромистого или йодистого калия. Реакция в растворе, начинавшаяся под действием тока, влияла на силу трения между иглой и мелом. Данные изменения передавались на мембрану, что порождало звук. В первых моделях слушателю приходилось крутить барабан маленькой ручкой все время разговора, но это неудобство было устранено в следующих моделях с помощью часового механизма. Меловой приемник получил известность как «электромотографический приемник», или просто «мотограф». Однако сам Эдисон любил называть его «музыкальным телефоном», потому что, отличаясь большими размерами, прибор имел достаточную мощность, чтобы позволить аудитории слышать музыку, улавливаемую угольным микрофоном, как в нынешних музыкальных динамиках. Как бы то ни было, в Англии коммерческие агенты продавали его под названием «громкоговорящий телефон».

Комбинация мелового приемника и угольного микрофона в «громкоговорящем телефоне» Эдисона привела к тому, что на английском рынке он обошел продукцию Белла. Тем не менее в 1881 году «Белл Телефон Компани» и «Эдисон Телефон Компани» (компания изобретателя, учрежденная для продажи телефона в Европе) слились, и меловой приемник вышел из употребления, потому что был очень дорогим и сложным устройством и в конечном счете его разработка была вызвана не техническими причинами, а сложностями с патентными правами.

В конце концов функциональная модель телефона, завоевавшая мир, представляла собой смешанное устройство, объединяющее угольный микрофон Эдисона и улучшенную версию приемника Меуччи, патентом на который владел Белл. Поскольку эта схема сочетала патентные права всех сторон, претендующих на первенство в телефонии, она не могла быть реализована, пока не закончились патентные войны первых лет, и две компании не пришли к согласию.

С наступлением 1880-х годов Томас Альва Эдисон достиг возраста 30 лет и благодаря как своим успехам, так и неудачам (большинство из которых в результате закончилось в его пользу), стяжал себе славу «волшебника из Менло-Парка». Его лаборатория напряженно работала над десятками проектов одновременно, так что команда Эдисона не только добивалась поставленных целей, но и попутно делала множество открытий, в известном смысле случайных. Естественно, Эдисон направлял все усилия на разработку практически применимых продуктов, хотя парадоксальным образом они стали поводом и мотивацией, приведшим к его наиболее оригинальному изобретению. Во время работы над улучшением телефона системы Белла он вместе с командой открыл способ записи речи. Первой идеей Эдисона при этом было создать машину, которая выполняла бы роль телефонной секретарши и записывала речевые сообщения, впоследствии прослушиваемые. Изначальная концепция прибора, названная им «фонографом», являлась результатом ошибки, но она стала первым шагом в новый мир — в эру записи и воспроизведения звуков.