Телефон: история, технологии и будущее

Телефон: история, технологии и будущее

На протяжении всей истории человечество искало способы преодолеть расстояния. Ранние методы — барабанная резь, дымовые сигналы и оптический телеграф — уступили место электрическому телеграфу к началу XIX века. Первые примитивные телефоны, состоявшие из нити и двух жестяных банок, появились в начале XVIII века.

В 1863 году Иоганн Филипп Рейс продемонстрировал работающую систему электрической передачи голоса. Его устройство использовало вибрирующую мембрану для модуляции электрической цепи, доказав, что звук можно преобразовать в электрический сигнал. В то время как Рейс фокусировался на акустических принципах, другие изобретатели преследовали практические приложения. Александр Грэм Белл, опираясь на свои знания в голосовой физиологии и обучении глухих, подал первый рабочий патент на телефон в 1876 году.

Прорыв Белла случился 2 июня 1875 года, когда он и помощник Томас Уотсон превратили прерывистый ток гармонического телеграфа в непрерывный, что позволило передать речь. Первоначальный дизайн Белла был модифицированным телеграфом, способным передавать настоящий звук. В течение двух лет он представил магнитный телефон — предка современных устройств — с мембранными передатчиком и приемником.

Ранние магнитные телефоны требовали крика и страдали от шумов и задержек, что побудило к последовательным усовершенствованиям. К 1878 году в Нью-Хейвене, штат Коннектикут, открылась первая ручная телефонная станция, обслуживавшая 21 абонента. Автоматический набор появился в 1891 году, а междугородняя связь началась в 1881 году. Инновации вроде катушек нагрузки (1900), лампового усилителя (1912) и первой трансконтинентальной линии (1915) кардинально улучшили дальность и качество связи.

Последующие вехи: атлантический подводный кабель 1956 года, запуск спутников связи в 1962 году и внедрение волоконно-оптических сетей в 1980 году — каждая переплетена с глобальной связью.

Принципы действия

Современные телефоны все еще опираются на принципы, заложенные Беллом более столетия назад. Снятие трубки соединяет аппарат с коммутационной сетью; нажатие клавиш тонального набора генерирует DTMF-тоны, маршрутизирующие вызов к адресату, который слышит гудок.

Микрофон в трубке: звуковые волны заставляют вибрировать пластиковую мембрану, изменяя электрическое поле между двумя металлическими пластинами и создавая переменный ток, идущий по линии. На принимающей стороне электромагниты заставляют металлическую мембрану воспроизводить исходный голос. Усилители повышают слышимость, а повешение трубки разрывает цепь, завершая соединение.

Элайша Грей

Элайша Грей, соперник Белла и владелец около 70 патентов, также продвигал гармонический телеграф и телефонную технологию. Родился в Барнсвилле, Огайо, 2 августа 1835 года (в оригинале ошибка: 1935), карьера Грея простиралась от электрических экспериментов до основания Western Electric, ставшей краеугольным камнем Bell Telephone Company.

Сырье

Телефоны изготавливаются из стекла, керамики, бумаги, металлов, резины и пластиков. Печатные платы на основе кремния; корпуса — из ударопрочных полимеров с наполнителями и красителями; динамики содержат магнитные материалы.

Конструкция

Современные трубки интегрируют передатчик и приемник в едином блоке. Механизмы набора эволюционировали от дисковых к кнопочным, а звонки оповещают о входящих вызовах. Варианты включают громкоговорящие телефоны, беспроводные модели на радиоволнах и сотовые устройства с антеннами.

Производственный процесс

Компоненты поставляются специализированными поставщиками и собираются производителем телефонов.

Пластиковые детали

• Литье под давлением создает корпуса, чехлы и кнопки. Пластиковые гранулы расплавляют, вдавливают в хромированную форму и охлаждают до нужной формы.
• После извлечения детали проходят визуальный контроль; бракованные переплавляют и переформуют.

Внутренняя электроника

• Печатные платы изготавливают на неводящих подложках с проводящими дорожками. Чипы, диоды, конденсаторы и прочие компоненты устанавливают автоматизированные пик-энд-плейс машины в чистых комнатах.
• Волновой пайкой расплавляет волну припоя, которая капиллярными силами соединяет компоненты с платой, обеспечивая надежные электрические контакты.

Сборка и упаковка

• Передатчики и приемники монтируют роботами, вставляют в литые гарнитуры и закрепляют винтами. Трубка крепится к базе, добавляется телефонный шнур.
• Готовые устройства упаковывают в защитную пленку, кладут в коробки с пенополистироловыми амортизаторами и отправляют дистрибьюторам.

Контроль качества

Визуальные и электрические проверки проводятся на каждом этапе, за ними следуют функциональные тесты в имитированных экстремальных условиях. Механические компоненты проходят испытания на выносливость — например, кнопки тонального набора циклически нажимают, имитируя 40 лет использования. Детали поставщиков должны соответствовать строгим спецификациям для обеспечения единообразия качества.

Будущее

Будущие дизайны телефонов будут делать упор на более компактные формы, увеличенные дальности передачи и высокую точность воспроизведения звука. Интеграция с компьютерами, умными телевизорами и голосовым набором уже الناشствует, обещая более бесшовный коммуникационный опыт.