《电话的发明》相关知识

电报发明以后，自然有许多人想到，能不能用电流传递声音呢？但在技术上这比传递电报信号要困难得多。传递电报基本上是一个电的过程，发送和接收的都是电码，也就是长短不同的电脉冲；而传递声音则需要声电转换和电声转换过程，发送时先要将声音转换成连续的电信号，接收时还要再将电信号还原为声音。

最早进行用电传声实验的是法国科学家布素尔。1854年巴黎博览会期间，布素尔用一根导线将远在两地的两块容易颤动的薄板连接起来，并通以电流。这时，他在一块薄板的近侧发声，使声浪振动薄板，薄板的振动又使导线上的电流断断续续地传到远处的另一块薄板上，这块薄板就会得到同样的振动而发声。他的实验虽没有完全成功，却起到了很大的示范作用，并向我们揭示了用电传声的基本原理。声音的本质是空气的振动，用电传声就是要把这种空气的振动转变成电流或电压的变化，再通过电线传送出去，接收时再把电流或电压的变化转变回和发送时同样的空气的振动，发出声音。

1860年，德国科学家李斯仿照人耳的结构成功地制作了一套送话装置，并且用它发送了一段音乐。这套送话装置在美国纽约展出时，引起了人们的极大关注。李斯教授把他的装置命名为Telephone，英语中电话一词由此而来。

但这种电话机还很不完善，由于送话器产生的电流是不连续的，所以传过来的声音也就断断续续，听不清楚。尽管如此，李斯的尝试仍然是电话发明史上跨时代的重要一步，为后来的发展打下了坚实的基础。今天，我们在莱茵河畔的法兰克福市仍可以看到一座为表彰李斯对于电话发明做出的杰出贡献而建立的纪念碑。

在李斯之后，电学领域涌现了两个杰出的发明家，一个叫亚历山大·格雷厄姆·贝尔，另一个叫伊利沙·格雷。这两个生活在同一时代的发明家并不相识，他们各自独立地发明了电话机，并为发明权的归属问题打了十几年的官司。

贝尔1847年出生在英国北部城市爱丁堡。他的祖父和父亲都从事聋哑儿童的教育工作，所以对声学很有研究。受他们的影响，贝尔从小就迷恋上了语音学。贝尔23岁那一年，全家移居到了加拿大，以后又移居到美国马萨诸塞州的波士顿定居。在这里贝尔继承了父业，在波士顿大学里担任语言生理学教授，继续从事对聋哑人的教育工作。后来他和父亲一起开设了一所聋哑学校。在学校里那些聋哑儿童有耳朵却听不见声音，这使善良的贝尔感到很难过，于是他产生了发明一种仪器的念头，他希望这种仪器能使聋哑人“看”到别人在说什么。

贝尔的设想并没有取得成功，可是他在实验时却发现了其它一些东西。他在许多实验中发现了一个有趣的现象：当开启或关断铜线圈中的电流时，线圈由于振动就会发出声音。这是一个非常普通的现象，许多人在实验中都曾经遇到过，但谁也没有对它做进一步的思考，只有贝尔敏锐地感觉到了它的价值。一个大胆的想法在贝尔头脑中产生：“电流可以使线圈振动而发出声音，那么能否利用电流来传递人说话的声音呢？”尽管这个念头只是一闪而过，但贝尔却把它牢牢抓住了，再也没有放走它。

于是贝尔改变了研究方向，开始进行电话的实验。开始时，实验并不顺利，尽管贝尔反复改进他的装置，却仍然一无所获。这是因为贝尔只是个语音学教师，虽然他有着丰富的声学知识，对电磁学却所知甚少。这时候，一些讽刺、挖苦的议论也出来了，一位有名的电报技师就曾用嘲笑的口吻对贝尔说：“阁下真是异想天开，电线怎么能传递声音呢？只要稍微懂点电学常识，就不会有这种想法，我看你还是先学点电学知识吧。”

就在贝尔感到最困难并且自己都有些动摇的时候，一位电学大师给予了他热情的鼓励和坚定的支持，贝尔才得以沿着自己的发明道路继续走下去。这个人就是约瑟夫·亨利，高频电磁振荡现象的发现者。1875年3月的一天，贝尔带着他的设想来到了华盛顿，登门拜访了大名鼎鼎的亨利。贝尔向亨利介绍了自己的想法，亨利听过后很为这个年轻人的热情所感动，他鼓励地说：“贝尔先生，你有一个伟大的设想，干吧！”贝尔又问：“但是先生，我缺乏电学知识，机械知识也不很精通。”“学吧！”亨利教授拿出李斯的电话机模型给贝尔看，鼓励贝尔去发明一个更完善的电话机来。

“干吧！”“学吧！”这两个字给了贝尔巨大的力量和坚定的信心。贝尔后来回忆说：“如果没有亨利先生的鼓励，我恐怕早已经支持不下去了。”由此我们可以看出亨利这位伟大学者的高尚品德，他不因贝尔只是一个对电磁学缺乏了解的年轻人，就认为他的想法荒唐可笑，而是给予了充分的肯定和支持。如果亨利对贝尔的想法不加思索地加以否定，那么世界通信史也许就不会是现在这个样子了。实际上，世界上曾有许多有才华的青年，就是因为没有遇到象亨利这样的名师的指点，因而没能充分展现他们的才能，并最终湮没在了芸芸众生之中。

贝尔满怀信心地回到了波士顿，他找来了一位名叫托马斯．沃森的青年电学技师来做他的助手。两个人一边学习，一边实验，又开始了电话机的研究工作。两个人在两间简陋的小屋里，一边画草图，一边制作样机，每天都不停地干到很晚。几个月过去了。他不知试过了多少种方案，效果仍然不理想。1875年6月的一天，一次偶然的事故为他们打开了胜利之门。事情是这样的：这一天他们分别在两个屋子里进行实验，沃森那间屋子的机器上一根弹簧突然被粘在了磁铁上，沃森过去把弹簧拉开，这时贝尔发现另一间屋子的机器上的弹簧也跟着振动起来，并发出了声音。这个偶然事件象流星划破夜空一样，一下子照亮了贝尔困惑多时的头脑，他产生了一个新的构想：如果对着铁片说话，声音就会引起铁片的振动。在铁片后面放上一块绕有线圈的磁铁，铁片振动时就会在导线中产生时大时小的电流。这个振动电流顺着导线传到另一端，会使一块磁铁同样振动起来，并发出声音。这样，一方的话音就可以传到另一方去了。贝尔将他的想法告诉了助手沃森，于是两个人开始制作起新的电话装置来。

1876年3月10日，是具有纪念意义的一天。这一天，贝尔和沃森象往常一样，早早地来到实验室，进行他们新的一天的工作。他们刚刚把线路拉好，贝尔一不小心，浸泡设备的硫酸溅到了腿上，他痛得忍不住大叫起来：“沃森，快来帮我！”另一个房间中的沃森竟从电话中听到了贝尔的喊声，他简直不敢相信自己的耳朵，急忙跑过来向贝尔报告了一这情况。贝尔忘记了腿上的疼痛，亲自跑到另一房间试听，果然听见了沃森发出的声音。贝尔万分激动，他们终于获得了成功。成功来的是那么的突然，却又是那么的必然，坚持不懈的努力终于获得了回报。一时间，所有的苦恼、所有的艰辛、所有的痛苦在这巨大的喜悦面前都显得微不足道了。“沃森，快来帮我！”就是这句求助声成了人类利用电话所传递的第一句话。贝尔在给他母亲的信中写道：“对于我来说，这是一个重大的日子，……朋友们各自留在家中，不用出门也能互相交谈的日子就要到来了”。

1876年5月，美国在费城举办纪念独立一百年博览会。贝尔把他刚刚发明出来的电话机带到了博览会。开始人们并没有注意到这个不起眼的小东西，直到博览会的最后一天，巴西国王彼德罗应邀前来参观，国王对贝尔的发明很好奇，就拿起听筒放在耳朵上，“国王陛下，欢迎您来参观。”当他从听筒里听到声音后不禁大声惊呼：“啊！我的上帝，它说话了！”国王的喊声一下子惊动了整个博览会上的人们，电话机成了人们关注的中心。经过专家们的鉴定，电话机成了这届博览会最重要的成果。博览会的评委之一威廉·汤斯森爵士写道：“……有了这种设计精巧、功效显著的装置，我们完全可以满怀信心地期待着贝尔先生将给我们带来传送话音的方法，可以将欢声笑语尽情地通过导线送入数英里之外的千百只耳朵里。”

通过这届博览会，贝尔和他的电话机一下子名声大噪，但仍有很多人对电话机存有偏见和疑虑，以为电话只不过是和儿童玩具差不多的东西。电报公司怕害电话机的出现会影响电报的地位，对贝尔的发明竭力诋毁。面对种种非难，贝尔毫不气馁，他心里只有一个想法：让事实来说话。为了推广他的发明，贝尔在美国各大州以及世界各地奔走宣传，巡回表演。甚至新婚的蜜月旅行期间也不忘带上他的发明去给英国女王演示。在他不遗余力的努力下，人们终于逐渐认识到了他的发明的巨大作用。到了1878年，贝尔在波士顿与纽约之间架设了世界上第一条320公里长的长途电话线，电话开始进入千家万户，为广大民众服务。1880年，贝尔电话公司成立了，电话事业得到了迅猛的发展。到1910年，仅在美国电话机数量就已经超过了700万部。在世界各地，我们到处都可以听到电话铃声。正如贝尔自己所说，电话是“永不间断的歌声。”

贝尔因为他的杰出贡献和高尚的品格，得到了全世界人们的敬仰。1922年8月2日，75岁的贝尔去逝了。在为贝尔举行葬礼期间，全美国2000万部电话全部沉默了，人们以此来表示对这位伟大发明家的哀悼和怀念。直到今天，在波士顿司法大街109号当年贝尔发明电话的房间门口，还钉着一块铜牌，上面写着：“1875年6月2日，电话在此诞生。”

贝尔电话机的原理到底是什么呢？为了能说明清楚，我们先来谈一谈声音是怎么回事。我们可以说是生活在一个声音的世界里，无时无刻、无处无地不存在着声音。弹奏乐器可以发声，机器发动可以发声，物体碰撞也可以发声，为什么呢？因为他们有一个共同的特性——振动。如果我们用手去摸正在发声的物体，比如刚刚敲过的铜锣或正在响着的电铃，我们就会感觉到它的振动。可见声音是物体振动产生的。声音又是怎样传播的呢？是靠空气作为媒介。当物体振动时会不断推动周围空气运动，也就是说物体把振动传递给了周围空气，于是这种振动就在空气中传播开去，就象在平静的湖面上投进一粒石子，水波就会以石子的落点为中心向四周湖面传播开去一样。当空气的振动传到我们耳朵里时，耳内的鼓膜也随着振动起来，周围的神经感受到这种振动并把它传到神经中枢，于是我们就听到了声音。

为什么不能直接利用声音进行通信呢？因为声音在空气中传播能量损耗很大，不能传播到很远的距离。我们有体会，当说话人距离较远时，他的声音也就模糊不清了。

现在我们来看一看贝尔电话机是怎么工作的。贝尔的电话机可以分成两部分：送话器和受话器。

送话器上面盖有一片薄薄的有弹性的金属膜片，膜片下面是装有导电粒子的金属盒，金属盒并不直接与导电粒子接触，而是通过中间的导电粒子才能接通。导电粒子有一个特性：当他们之间的接触比较疏松时，导电能力就减弱，对电流的阻力增大。我们对着送话器说话时，声波产生的压力使金属膜片产生振动，膜片下面的导电粒子也就随着膜片的振动时紧时松，它所呈现的电阻也就时小时大。如果在送话器两端加上恒定电压，根据欧姆定律I=V/R，I是电路中电流，R电阻，V是电压，那么流过导线的电流就会随着导电粒子电阻的变化而变化，也就是随着膜片的振动而变化。从根本上说，就是随着我们人说话声音的强弱声调的高低而变化。这种电流的变化就可以通过导线传递到较远的地方。

受话器内部也有一个金属膜片，安置在一块马蹄形电磁铁上。当送话器产生的振动电流沿导线传递过来后，就要流过电磁铁上的感应线圈，变化的电流就会使电磁铁产生变化的磁场。由于受到电磁铁变化的吸力，金属膜片会产生和电流振荡频率相同的振动，并激起周围空气振动，因而还原出说话人的声音。