Однажды в редакцию швейцарской газеты в далёком 1878 году пришло письмо от возмущенного читателя:

«Позвольте привлечь Ваше внимание к вопиющему надувательству. Братья Лорш из Винтерлингена опубликовали анонс, в котором предлагают ТЕЛЕФОНЫ для переговоров на 100-200 метров в виде двух старых консервных банок без дна! Вместо донышка в каждой банке натянут кусок кожи красного цвета, в центре которого закреплена верёвка.»

Автор называет продавцов мошенниками, а между тем, читателем описан самый настоящий ТЕЛЕФОН, только не электрический, а АКУСТИЧЕСКИЙ! С вами Ирина Маркова и это подкаст «До нас дошло».
Акустические телефоны существовали ещё в древние времена. В Древней Греции, например, прокладывали под дорогой специальную «слуховую» трубу из дома в дом и использовали её для переговоров. В ней звук бежит по воздуху, отражаясь от ее стенок. Аналогичные трубы из металла использовались для связи на кораблях – например, связывали каюту капитана с машинным отделением.
Существовал также верёвочный телефон, принцип работы которого довольно прост: между двумя диафрагмами протягивали верёвку, и за счёт ее вибрации звук передавался с одного конца на другой. Именно такой веревочный телефон описан в письме швейцарского читателя.

Однако, несмотря на кажущуюся примитивность, такой веревочный телефон — не просто народная смекалка. В истории науки он имеет точку отсчета, где кустарное «надувательство» превратилось в строгий физический эксперимент. Задолго до того, как братья Лорш натянули кожу на свои консервные банки, принцип распространения звука по металлической проволоке был блестяще доказан на заседании Лондонского королевского общества.
В 1667 году английский естествоиспытатель и изобретатель Роберт Гук продемонстрировал простую, но ошеломляющую идею: звук способен распространяться не только по воздуху, но и по твердому телу — в данном случае, по туго натянутой струне или тонкой проволоке.
Схема его опыта была гениальна в своей простоте: он натягивал длинную веревку или металлическую нить между двумя точками. Затем один человек прижимал ухо к одному концу струны, а другой — шептал или тер коробочку с зубчатой пластиной у противоположного конца. Вибрации голоса или скрежета передавались по натянутому материалу напрямую, минуя воздушную среду, и достигали слушателя с хорошей четкостью.
Гук доказал фундаментальный принцип: механические колебания могут распространяться волнами в упругих средах. В своей знаменитой работе «Микрография» и в последующих заявках он описал этот «механический телефон» как способ передавать звук «на весьма значительные расстояния по прямой или изогнутой линии». Конечно, качество было далеко от идеала — требовалось, чтобы струна была абсолютно натянута и не касалась посторонних предметов, иначе появлялись помехи или звук затухал.

Спустя почти два столетия после опытов Роберта Гука с механической струной, в 1854 году, французский телеграфист и механик Шарль Бурсе совершил не менее значимый, но сугубо теоретический прорыв, который по праву можно считать рождением современной телефонии.
Работая на железной дороге, Бурсе прекрасно понимал ограничения электрического телеграфа Морзе, который передавал лишь последовательности точек и тире, требуя кропотливого декодирования. Он задАлся вопросом: а можно ли заставить электричество передавать не абстрактные сигналы, а сам человеческий голос, со всеми его тембрами, интонациями и частотными вариациями? В своем мемуаре, представленном в Академию наук Франции, Бурсе дал не просто описание гипотетического аппарата, а полноценное математическое и физическое обоснование того, что сегодня мы назвали бы электростатическим, или конденсаторным, телефоном.
Ключевая идея Бурсе заключалась в использовании постулата о том, что звуковые колебания — это механические вибрации воздуха, которые можно преобразовать в электрические колебания, строго им соответствующие. Для этого он предложил использовать тонкую металлическую пластину или мембрану, расположенную в непосредственной близости от другой неподвижной пластины, образуя таким образом электрический конденсатор, включенный в цепь с источником напряжения — гальванической батареей. Когда человек говорил перед мембраной, звуковые волны заставляли её вибрировать, изменяя расстояние между пластинами, а следовательно, и ёмкость конденсатора.
В соответствии с законами электростатики, изменение ёмкости при постоянном заряде или напряжении вызывает изменение силы тока в цепи — то есть звуковая волна превращалась в электрическую копию самой себя, с той же частотой и относительной амплитудой. На приемной стороне Бурсе предлагал расположить абсолютно идентичный конденсатор: переменный ток, пробежав по проводам, достигал пластин приемника, и возникающие электростатические силы притяжения и отталкивания заставляли вторичную мембрану колебаться в точности по такому же закону, воспроизводя исходный звук.
Важно подчеркнуть, что Бурсе не построил работающий телефон — на то время технологии не позволяли создать достаточно чувствительные мембраны и стабильные источники тока, чтобы зафиксировать микроскопические изменения ёмкости. Однако его теоретическая работа была доскональной: он рассчитал, что для передачи человеческого голоса необходима полоса частот примерно от 100 до 1000 Герц, предложил конкретные схемы включения конденсаторов и даже описал возможную конструкцию микрофона обратного действия. Более того, Бурсе предвидел главную проблему всех электростатических телефонов — ничтожную силу сигнала и необходимость в очень высоком напряжении смещения на пластинах для получения ощутимого акустического давления.
Он понимал, что такой телефон не сможет работать на большие расстояния без усилителей, которых в 1854 году не существовало. Тем не менее, французская Академия приняла его мемуар, и многие историки техники считают именно Бурсе настоящим изобретателем телефона как концепции.
Почему же имя Бурсе не гремит так, как имена Белла или Рейса? Во-первых, отсутствие экспериментальной модели: в отличие от Филиппа Рейса, который через несколько лет сделал некачественный, но работающий телефон, идея Бурсе осталась на бумаге.
Во-вторых, электростатический принцип оказался тупиковой ветвью развития: все коммерчески успешные телефоны вплоть до конца XX века использовали электромагнитный принцип, который давал куда бОльшую громкость и стабильность. Однако вклад Бурсе колоссален: он первым строго математически показал, что непрерывный аналоговый сигнал может быть передан электричеством без дискретного кодирования. Он ввел понятие о преобразовании акустических колебаний в электрические через изменение ёмкости, и он же доказал, что обратное преобразование возможно.
Ирония истории заключается в том, что в 2000-е годы, с развитием MEMS-технологий, именно электростатические или конденсаторные микрофоны и маленькие динамики стали доминирующими в мобильных телефонах и гарнитурах. Более того, каждый современный конденсаторный микрофон в студии звукозаписи работает точно по схеме, нарисованной Бурсе в 1854 году: мембрана, меняющая ёмкость относительно задней пластины, и высоковольтное поляризующее напряжение.
В 1861 году, за пятнадцать лет до знаменитого патента Александра Белла, немецкий учитель-самоучка Филипп Рейс представил миру устройство, которое он назвал «телефоном». Это был первый в истории электрический аппарат, способный передавать звуки на расстояние по проводам, пусть и с чудовищными искажениями. Работая во Франкфурте-на-Майне, Рейс, увлекавшийся физикой, сконструировал систему, которая сегодня известна как «ревущий телефон».

В отличие от Белла, Рейс пошел по пути прерывистого контакта. Его передатчик представлял собой оригинальную конструкцию: деревянная трубка-рупор, направленная на натянутую мембрану из свиной кишки или коллодия. В центре мембраны крепилась платиновая игла, которая опиралась на платиновую подложку с микроскопическим зазором — так называемый «прерывистый контакт». Когда звук попадал в рупор, мембрана начинала вибрировать, заставляя иглу ритмично замыкать и размыкать электрическую цепь, в которую был включен гальванический элемент и длинная медная линия. На приемной стороне Рейс использовал электромагнит — катушку с железным сердечником, на который была намотана проволока. При каждом замыкании цепи сердечник намагничивался и притягивал гибкий язычок или вторую мембрану, а при размыкании отпускал её. Получалось, что прерывистый ток, частота которого определялась частотой исходного звука, заставлял приемник вибрировать с той же частотой. И действительно, этот принцип работал!
Через провода длиной до 300 метров Рейс смог передать отдельные музыкальные ноты, простые ритмы и даже короткие предложения. Например, удар в барабан перед передатчиком превращался в удар в приемнике; скрипичная струна, звучавшая у мембраны, заставляла вибрировать металлическую пружину на другом конце комнаты. Сохранились свидетельства, что Рейс передавал фразы вроде «Лошадь не ест огуречный салат», хотя разобрать их можно было с трудом — гласные звуки практически не передавались.
Почему же аппарат называли «ревущим»? Потому что вместо чистого голоса на выходе получался прерывистый, гнусавый, призрачный звук — что-то среднее между гудением и рычанием. Связано это было с недостатком конструкции: «прерывистый контакт» работал как нелинейный переключатель, который не сохранял форму звуковой волны. Вместо того чтобы превратить плавную синусоиду голоса в плавную синусоиду тока, Рейс полностью отсекал нижнюю половину волны и на выходе получал последовательность прямоугольных импульсов.
В результате тембр голоса искажался до неузнаваемости, хотя частоты и ритм речи сохранялись. Тем не менее, вклад Рейса в историю телефонии трудно переоценить. Он первым доказал, что человеческий голос (как сложный акустический сигнал) может быть передан на расстояние с помощью электричества. Более того, его приемник — электромагнит с железным сердечником — оказался настолько удачным, что в практически в неизменном виде использовался во всех телефонных трубках вплоть до 1980-х годов. Рейс даже осознавал проблему искажений и предлагал альтернативу — использовать не прерывистый контакт, а «микрофонный» или гранулярный контакт, где ток менял сопротивление постепенно, но тогдашние технологии не позволяли изготовить достаточно чувствительный угольный микрофон.
Когда в 1876 году Белл получил патент на свой гармонический телефон, он фактически обошёл Рейса лишь в детали: Белл использовал магнитную индукцию без разрыва цепи, что давало неизмеримо лучшее качество голоса. Однако именно «ревущий телефон» Рейса, продемонстрированный на съезде естествоиспытателей в Гиссене в 1864 году, стал тем самым первым живым прототипом, который заставил инженеров поверить в реальность электрической передачи сложных звуков. Без его принципа «мембрана управляет контактом» телефонная эпоха могла бы задержаться ещё на десятилетия.
В этом выпуске мы разрушили один из технических мифов, что телефон – это прямой родственник телеграфа. И как итог, случайный эксперимент Бэлла не стал отправной точкой в создании телефона. Но, все подробности в следующих выпусках!

Этот выпуск подготовили: ведущая – Ирина Маркова и звукорежиссер – Алексей Попов.