Александр Грейам Белл (Alexander Graham Bell) часто упоминается как изобретатель телефона. Но это не совсем правда — мы нашли в наших архивах аппарат — отправитель сигналов, который был сконструирован на 13 лет раньше белловского телефона. Когда-то он был соединён с приёмником, но скорее всего последний был просто выкинут на помойку — люди посчитали, что это слишком простая конструкция, чтобы быть хоть сколько-то важной. Может, когда-нибудь мы и его найдём.
Вне зависимости от того, что американские юристы говорили тогда о патентах Белла от 1876 и 1877 годов, он не изобрёл ни концепцию телефона, ни технологию, стоящую за устройством. Вообще, продукты деятельности ранних изобретателей считались игрушками, в том числе и телефон Белла. Но Белл обладал видением — он мог мыслить вне пределов, поставленных ярлыком «игрушки». При помощи сторонников он быстро развил коммерческое применение своей версии телефона. Без участия Белла и, возможно, без конкуренции между Беллом и Эдисоном, телефон гораздо позже стал бы «повседневным товаром», обслуживающим бизнес и людей по всему миру.
Филипп Райс
Возможно, самым неудачливым из предшественников Белла был Иоганн Филипп Райс (Johann Philipp Reis), 1834—1874. О его изобретении никогда не говорится как о предшественнике телефона.
Многие известные изобретатели XIX века не были профессиональными учёными. Вспомните про Уильяма Кука (William Fothergill Cooke), пионера телеграфа — он был офицером колониальной армии в Индии, рано вышедшим на пенсию; Сэмюэл Морзе (Samuel Morse) был художником; а сам Белл был по профессии учителем глухих детей.
Так кем был этот Филипп Райс? Немец с хорошим образованием, он после окончания школы по указу своих опекунов выучился на торговца красками. В качестве хобби он посещал занятия по математике и физике, сидел над книжками. Когда закончился период его обязательной рабочей практики и когда он прошёл военную службу, он оставил краски и окончил курс педагогической подготовки во Франкфурте. К 1859 году он уже был учителем, преподавал физику в Институте Гарнье (нем. Institut Garnier, с 20 мая 1977 года — Philipp-Reis-Schule — Gesamtschule des Hochtaunuskreises) во Фридрихсдорфе, примерно в 20 км от Франкфурта-на-Майне, в котором сам учился в 1840-х годах. Именно здесь он начал экспериментировать с электрической передачей звука.
На рисунке ниже представлен телефон Райса и эксперименты в школе. Это не совсем фантазийное изображение, есть упоминание о такой сцене в биографии Райса авторства Сильвануса П. Томпсона (Sylvanus P. Thompson) от 1883 года (Philipp Reis, Inventor of the Telephone: A Biographical Sketch). Томпсон писал:
Он даже проложил провод через детскую площадку от кабинета физики до одной из классных комнат в Институте Гарнье. Так он экспериментировал с телефонной связью. В школе до сих пор сохраняется традиция, что мальчики боятся шуметь в классе, так как думают, что мистер Райс их услышит по телефону у себя в кабинете.
В одном из многочисленных дел американских судов 1880-х годов было сказано, что два бывших ученика Института Гарнье засвидетельствовали, что эта вещь Рейса действительно что-то говорила; что действительно мистер Райс стоял в здании за сотню футов от учеников и что-то говорил в передатчик. Все ученики стояли вокруг приёмника, стоящего на столе и выглядевшего как вязальная игла. Райс тогда читал книгу в передатчик, «и это было своего рода ежедневное упражнение»; все могли слышать чтение, стоя вокруг стола. Иллюстрация немного не соответствует рассказу — на ней Райс играет на скрипке, а не говорит.
Телефон Райса
Райс разработал различные прототипы устройства, в одном из которых передатчик имел форму человеческого уха со встроенной магнитной катушкой. К 1861 году исследователь уже разработал то, что потом назвал телефоном, и продемонстрировал его во Франкфуртском физическом обществе, дав лекцию под названием «Телефония с помощью гальванического тока». Отчёт был опубликован в ежегоднике Общества. Его основной мотивацией, как говорят многие, была передача музыки и песен, но Райс не запатентовал своё изобретение. Это правда, что на публичных показах Райс использовал примеры песен и музыки, но Белл делал так же пятнадцать лет спустя — он в одном источнике описывал, как пришёл к электрической передаче звука через проблему передачи музыкальных тонов.
На приведённом выше рисунке показаны компоненты телефона Райса. Аппарат работает так. Передатчик (слева на картинке) был сконструирован наподобие человеческого уха. Райс назвал аппарат «поющей станцией». Если звук передавать через ухоподобный мундштук, мембрана сверху будет вибрировать. На этой мембране есть чувствительное устройство, которое изменяет контакт электрической цепи с батареей. Это похоже на то, как ушная улитка соединена с барабанной перепонкой через три маленькие кости. Приёмник представляет собой «звучащий» ящик, внутри которого находится магнитный стержень (или игла), на который намотана катушка. Стержень прикреплён к деревянной коробке. Переменный ток, проходящий через катушку, создаёт переменное магнитное поле в стержне, которое благодаря свойству магнитострикции вызывает небольшие изменения его длины в соответствии с входящим звуком. Эти изменения длины приводят к тому, что импульсы передаются в аппарат-приёмник, повторяя, таким образом, звук, полученный с помощью «микрофона». Если бы, например, кто-то играл чистую ноту «ля», мембрана бы вибрировала на частоте 440 Гц, цепь бы прерывалась на этой частоте. Соответственно, приёмное устройство издавало бы звук «ля».
Письма
В верхней части нашего инструмента можно увидеть выведенное число «1863» под стеклом. Уильям Ладд (William Ladd), лондонский производитель инструментов, владелец инструмента из нашей коллекции, приобрёл его у фирмы «Дж. У. Альберт и сын» во Франкфурте в 1863 году. После покупки Райс написал Ладду. Письмо Рейса включало эскиз, который мы приводим. Эскиз очень похож на уже приведённую иллюстрацию из книги Томпсона.
Патентный успех Белла был обусловлен тем, что в описании его устройства значилось, что оно подходит для передачи речи. Мог ли телефон Райса передавать речь? В этом-то собака и зарыта. Некоторые люди смотрели на механизм и говорили, что не может. Проблема заключалась в том, что устройство не учитывало информацию об амплитуде сигнала, и соответственно амплитуда не передавалась «поющей станции», поэтому электрический сигнал не улавливал тонкости звукового сигнала и, следовательно, мог лишь весьма плохо воспроизводить речь. Райс назвал своё устройство телефоном, и оно похоже на телефон, оно использует электричество, но не совсем «разговаривает», как телефон, из-за присущего ему недостатка. Мембранный передатчик был описан как инструмент «размыкания цепи». Кажется, что именно из-за этого недостатка Белл сумел защитить свои патент. На практике телефон Райса работал не так хорошо, как иногда описывается, он неточно передавал речь, но всё же был прототипом телефона.
В 1863 году Франц Джозеф Писко (Franz Joseph Pisko), автор известного школьного учебника по физике, написал Райсу с просьбой подробно рассказать о его «телефоне» и спросил, мог ли он передавать речь. Ответ Райса был включён Альфредом Риттером фон Урбаницки (Alfred Ritter von Urbanitzky) в его книгу, которая вышла на английском языке под редакцией Р. Уормелла (R. Wormell) под названием Electricity in the Service of Man (Электричество на службе человеку).
Добрый день,
Отвечая на ваше письмо от 16 числа этого месяца, я хотел бы в начале выразить мою искреннюю благодарность за то, что вы заинтересовались моим изобретением. Я могу только очень частично ответить на ваш запрос, отправить вам описание и рисунки, так как у меня сейчас нет времени. Я вас лучше отошлю к одному из опубликованных мной докладов (Bericht des physikalischen Vereins zu Frankfurt a/M), 1860—1861.
Последняя версия устройства описана с большей детальностью в последней версии учебника физики Понтиллат-Мюллера (Pontillat-Müller’s «Lehrbuch der Physik»). Я прикладываю объяснение, какое обычно прилагается к каждому моему устройству, и хочу вам сказать, что мистер Мех Хенк (Mech Henk) уже приобрёл моё устройство и может вам объяснить подробнее, как оно работает.
Относительно вашей дискуссии на 15-й странице вашего письма, аппарат может воспроизводить как целые мелодии и гаммы между низким «до» и высоким «до» довольно хорошо, и я вас уверяю, что если бы вы меня посетили, я бы вам показал, что можно даже понять целые слова.
Что ещё, если не это, делает барабанная перепонка в нашем ухе, чтобы воспроизводить аккорды? Я считаю, что лучше всего убедить себя в том, что природа здесь использует самые простые возможные механизмы.
Всего хорошего,
Ф. РайсФридрихсдорф, 18.10.63
Лошади не едят салат из огурцов
Понятно, что даже в далёком 1863 Райс и другие исследователи были заинтересованы в том, чтобы научить «телефон» передавать речь. Сильванус П. Томпсон утверждает, что Райс с самого начала хотел, чтобы инструмент передавал слова. В речи, которую Райс прочитал во Франкфурте в 1861, он отметил, что, к сожалению, до сих пор не удалось воспроизвести человеческую речь с достаточной отчётливостью. «Согласные в основном воспроизводятся довольно отчётливо, но для гласных степень достоверности плавает». Некий Х. Ф. Питер был на этом мероприятии во Франкфурте, и он описал, как после лекции проходила демонстрация аппарата. Райс должен был повторить текст, который был передан ему по телефону. Питер писал:
Я не хотел верить, что этот эксперимент может быть настолько успешным, пока Райс не повторит предложения, которые я ему скажу по телефону. Поэтому я поднялся в комнату, где стоял телефон, и специально произнёс несколько бессмысленных предложений, например: Die Sonne ist von Kupfer (Солнце сделано из меди), которое Райс понял как как Die Sonne ist von Zucker (Солнце сделано из сахара); Das Pferd frisst keinen Gurkensalat (Лошадь не ест салат из огурцов), которое Райс понял как Das Pferd frisst… (Лошадь ест…). Это был последний из экспериментов, которые мы попробовали. Те, кто присутствовал, были очень удивлены и убеждены, что изобретение Райса открывает окно в будущее.
«Das Pferd frisst keinen Gurkensalat» не имело исторического влияния на белловское «Mr. Watson, come here, I want you» (мистер Уотсон, приходите сюда, я хочу вас видеть), слова, которые считаются первыми преданными по телефону в 1876 году. Некоторые говорили, что телефон Райса просто скрипит, но ясно, что дело было в неправильной настройке.
Несомненно, телефон Райса не передавал слова достаточно чётко, и различные изобретатели пытались улучшить аппарат. Самым известным был сам Сильванус П. Томпсон, чью биографию Райса мы упоминаем в этой статье. Во многих изданиях своего учебника по электричеству и магнетизму он повторяет утверждение, что Райс придумал телефон. Томпсон также пытался улучшить инструмент Райса, чтобы обойти патент Белла, но у него не вышло.
Если бы Райс имел доступ к недавно изобретённым фоноавтографам, он бы смог увидеть формы волн передаваемого звука. На протяжении большей части XX века учёные исследовали электрические осциллограммы с помощью осциллографа. Если бы у Райса было такое устройство, даже примитивное, он, скорее всего, понял бы проблему с его «поющей станцией». Его передатчик не воспроизводил звуковые волны правильно. Более слабые звуки изменяли давление контакта и, следовательно, вызывали электрический сигнал, который зависел от звука, но более сильные звуки прерывали цепь и, соответственно, ток в ней. Райсу нужно было присоединить мембрану к чему-то, что меняло бы электрическое сопротивление в цепи в согласии с движением мембраны. И тогда электрический сигнал бы соответствовал звуковому сигналу. Такое устройство было создано Элишей Греем (Elisha Gray) в 1876 году, но главный, кто развил эту идею, был Томас Эдисон, который следовал по стопам Белла.
Происхождение абердинского инструмента
Абердинский инструмент был куплен Дэвидом Томсоном (David Thomson), профессором естественной философии в Абердинском университете (University of Aberdeen), который проявлял особый интерес к акустике. Он, в частности, написал 20-страничную статью «Акустика» для первого тома 9-го издания энциклопедии «Британика 10» (1875 г.). В нашей коллекции есть ряд акустических демонстрационных аппаратов авторства Томсона, в том числе двойная сирена Гельмгольца, манометрическое пламя Кенига, вилки для настройки фигуры Лиссажу, резонаторы Гельмгольца. В статье Томсона основное внимание уделялось основам звука, а не его применению, поэтому телефон Райса не упоминается. К тому моменту, когда в 9-м издании упомянули слово «телефон» в 23-м томе, был уже 1888 год, и телефоны активно развивались. Для неё Томас Грей (Thomas Gray) написал статью о телефонах на семь с половиной страниц. Он упомянул о том, что изобретение Райса по крайней мере косвенно основывалось на знаниях об электромагнетизме, нажитых в течение прошлых десятилетий, и что оно было описано в более чем пятидесяти публикациях в разных странах. Справедливым будет сказать, что Райс изобрёл концепцию телефона, но автором рабочей модели, завоевавшей весь мир, был Белл, а не Райс. В некотором смысле Райс родился на десятилетие раньше, чем следовало, у него не было знаний об электрических явлениях, необходимых для создания телефона. Он основывался только на понимании природы звуковых волн в речи и музыке.
Смерть Райса
Райс не дожил до того, как телефон возвели в ранг одного из величайших изобретений XIX века. С 1871 года его здоровье медленно ухудшалось из-за туберкулёза, по иронии судьбы он потерял голос. В январе 1874 года, через несколько дней после своего 40-летия, он умер. В 1977 году Институт Гарнье переименовали в школу имени Филиппа Райса, крупнейшую общеобразовательную школу в регионе. Памятник Райсу на Фридрихсдорфском кладбище изображён на иллюстрации из книги Сильвануса П. Томсона.