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Bereits 1861 konstruierte Reis einen elektrischen Tonübertrager, welcher 1863 wesentlich verbessert wurde und aus zwei Teilen,
einem Gebe- und einem Empfangsapparat, bestand. Der Geber war ein würfelförmiger Kasten aus dünnen Holzscheiben
und besaß in seiner obern Fläche eine mit einer straff ausgespannten tierischen Membran verschlossene Öffnung. In der
Mitte
dieser Membran war ein kleines Platinplättchen befestigt, auf welchem ein an einem Messingwinkel angebrachtes Platinstiftchen
bei Erschütterungen der Membran vibrierte, wodurch eine galvanische Batterie abwechselnd geschlossen und geöffnet wurde.
Melodien konnten mit diesem Apparat deutlich wiedergegeben werden; die Laute der menschlichen Stimme hatten dagegen in dem Empfangsapparat
einen unangenehmen, näselnden Klang, weil das Reissche Telephon seiner Konstruktion nach nur intermittierende Batterieströme
zu erzeugen und deshalb die Klangfarbe der Stimme nicht zu Gehör
[* 6] zu bringen vermochte. Die Grundlage zur weitern Entwickelung
des elektrischen Fernsprechwesens war aber in diesem Apparat gegeben und damit spätern Forschern der Weg geebnet.
Unter diesen waren es besonders die Amerikaner ElishaGray und GrahamBell, welche sich in erfolgreicher
Weise mit der elektrischen Tonübertragung befaßten. Während aberGray sich mehr der Übermittelung musikalischer Töne zuwandte,
beschäftigte sich Bell in eingehender Weise mit dem Studium der elektrischen Fortpflanzung menschlicher Sprachlaute und konstruierte 1877 einen
Apparat, welcher eine genaue Wiedergabe des Tons nach Höhe, Fülle und Klangfarbe ermöglichte.
Der Bellsche Fernsprecher beruht auf der Beobachtung, daß eine vor einem Magnet schwingende dünne Eisenplatte in
dem Magnet Veränderungen der Magnetstärke hervorruft, welche in einer den Magnet umgebenden Drahtrolle Induktionsströme
erzeugen. Leitet man diese Ströme durch die Drahtrolle eines zweiten Apparats derselben Konstruktion, so werden die Veränderungen
in der Magnetstärke des Empfangsapparats die Eisenmembran desselben in genau entsprechende Schwingungen
versetzen und dadurch den ursprünglichen Ton mit den die Klangfarbe bedingenden Obertönen wieder erzeugen.
[* 2]
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt des Bellschen Fernsprechers. A ist ein cylindrischer Stabmagnet, welcher an dem einen Polende
mit einem Fortsatz a von weichem Eisen
[* 7] versehen ist. Dieser Polansatz ist von einer Induktionsspule BB
umgeben, deren Enden an starke, zu den Klemmschrauben DD führende Kupferdrähte gelegt sind. Das schraffiert gezeichnete
Gehäuse nimmt den Magnet samt der Spule auf und wird durch einen mit einer runden Öffnung J versehenen Deckel verschlossen,
welcher gleichzeitig dazu dient, die dünne Eisenblechplatte pp dem Polende des Magnets gegenüber festzuklemmen.
Verbindet man zwei derartige Apparate durch eine Leitung und
spricht in die Schallöffnung des einen hinein, so gerät die Eisenmembran desselben in Schwingungen und erzeugt in der Drahtspule
BB Induktionsströme, welche sich durch die Leitung zu dem zweiten Fernsprecher fortpflanzen und dort durch ihre Einwirkung
auf den Magnet die Membran in übereinstimmende Schwingungen versetzen; infolgedessen entstehen hier die gleichen
Laute wieder, welche auf die Membran des ersten Apparats einwirkten.
Bald nach dem Bekanntwerden der Bellschen Erfindung tauchten veränderte Konstruktionen in großer Zahl auf, welche meistens
bezweckten, dem Fernsprecher durch Anwendung von Hufeisenmagneten anstatt der Stabmagnete eine größere Lautwirkung
zu verleihen. Unter den immerhin nur wenigen Verbesserungen der ursprünglichen Apparatform ist in erster
Linie der Siemenssche Fernsprecher zu nennen. Bei demselben
[* 8]
(Fig. 2) ist ee der Hufeisenmagnet,
dessen Pole die Ansätze dd tragen. Diese sind eingeschlossen in zwei Induktionsspulen cc und können durch eine Stellschraube
f der Eisenmembran gg beliebig genähert werden. b ist das Mundstück, a die abnehmbare Signalpfeife.
Mittels dieser Pfeife, deren Wirksamkeit durch einen auf der Membran aufliegenden u. mit dieser in Schwingungen geratenden Metallklöppel
noch verstärkt wird, läßt sich in dem Empfangsapparat ein weithin hörbarer Ton erzeugen, welcher jeden andern Anruf mittels
elektrischer Batterien oder Induktoren entbehrlich macht. Wegen seiner kräftigen Wirkung, welche ihn zur Verwendung
als gebender wie als empfangender Apparat gleich geeignet macht, hat der Fernsprecher ausgedehnte Benutzung gefunden und wird zur Zeit
in der deutschen Reichs-Telegraphenverwaltung ausschließlich angewendet.
Der Gowersche Fernsprecher (Fig. 3) ist in Uhrenform mit einem flachen, in Form eines Halbkreises gebogenen Hufeisenmagnet aa hergestellt.
Die Pole des Magnets sind mit Ansätzen von weichem Eisen versehen, auf
welchen sich je eine Induktionsspule
b befindet. Die ganze Vorrichtung wird von einem Gehäuse umschlossen, dessen Deckel die vibrierende Membran trägt, während
das Mundstück der bequemern Handhabung wegen in Schlauchform gegenüber der Membran angebracht ist. Als Signalvorrichtung
für den Anruf dient eine Zungenpfeife.
In dem Aderschen Fernsprecher (Fig. 4) dient der ringförmige Hufeisenmagnet aa gleichzeitig
als Handhabe, und nur die Polansätze bb mit den Induktionsspulen sind in dem Gehäuse cc eingeschlossen, welches mit der
Membran e bedeckt und durch das aufgeschraubte Mundstück dd verschlossen wird. Der weiche Eisenring x ist der Membran auf
der äußern Seite gegenübergestellt und soll die anziehende Kraft
[* 9] des Magnets verstärken. Da indessen
der letztere auch in dem weichen Eisenring Magnetismus
[* 10] induziert, so wird die stärkere Anziehung der Membran nach der einen
Seite durch die Gegenkraft auf der andern Seite aufgehoben. Dieser Umstand, welcher der Membran eine größere Beweglichkeit
verschafft, trägt wahrscheinlich viel zu der mit dem Aderschen Apparat erzielten großen Deutlichkeit
der Übermittelung bei.
Die beschriebenen Fernsprecher sind sowohl als Gebe- wie als Empfangsapparate verwendbar, doch sind die in ihnen erzeugten
magnetelektrischen Ströme nur schwach und zur Überwindung größerer Leitungswiderstände nicht geeignet; man bedient sich
deshalb vielfach besonderer, mit galvanischen Induktionsströmen betriebener Aufgabeapparate, welche
die Sprachlaute auch auf größere Entfernungen übermitteln, der sogen. Mikrophone. Diese beruhen auf der Erscheinung, daß
in einem Stromkreis vorhandene lose Kontaktstellen, wenn sie einem wechselnden Druck ausgesetzt werden, Veränderungen des
Leitungswiderstands und damit auch der Stromstärke hervorrufen. Sie bestehen über-
einstimmend aus einem oder mehreren Kohlenstückchen, welche unter sich oder mit einer metallischen Membran in Berührung
stehen. Durch die Schallwellen, welche auf die Berührungsstellen treffen, werden in einem über den Kontakt geleiteten elektrischen
StromSchwingungen hervorgerufen, welche in ihren Kurven genau den Schallschwingungen entsprechen. Diese elektrischen Schwingungen
wandeln sich in einem als Empfangsapparat dienenden Fernsprecher wieder in Tonschwingungen um
und gelangen als genaue Wiedergabe des in das Mikrophon Gesprochenen zu Gehör.
Als Erfinder des Mikrophons ist Hughes zu betrachten, bei dessen Apparat
[* 11]
(Fig. 5) zwei Resonanzbrettchen AB unter einem rechten
Winkel
[* 12] aneinander befestigt sind; an einem derselben befinden sich die Kohlenstückchen CC und der
in Vertiefungen derselben beweglich eingelagerte Kohlenstab d. Die Kohlenstücke sind in den Stromkreis einer Batterie eingeschaltet.
Spricht man gegen das Brettchen B, so ändern sich die Widerstände an den Kontaktstellen, und es entstehen elektrische Schwingungen,
welche sich durch die Leitung fortpflanzen und in einem eingeschalteten Fernsprecher die gesprochenen
Laute wiedergeben. Gewöhnlich schaltet man in den Stromkreis der Batterie die primäre Spule einer Induktionsrolle ein und bringt
die aus dünnerm Draht
[* 13] bestehende sekundäre Spule mit der Leitung in Verbindung.
Ungefähr gleichzeitig mit Hughes konstruierte Edison sein auf gleicher Grundlage beruhendes Kohlentelephon. Die Zahl der von
spätern Erfindern angegebenen Mikrophone ist sehr groß. In der deutschen Reichs-Telegraphenverwaltung
sind jedoch nur Mikrophone von Blake, Berliner
[* 14] und Ader in beschränkter Zahl im Gebrauch.
Das Mikrophon von Blake in Preston (Massachusetts) ist in
[* 11]
Fig. 6 im Querschnitt abgebildet. Bei allen vor Blake angegebenen Mikrophonen
war das eine der beiden in der Regel aus komprimierter Kohle bestehenden Kohlenstückchen unbeweglich,
während das andre innerhalb einer gewissen Grenze sich frei bewegte
und unter dem Einfluß der Schwingungen einer Membran etc.
mit größerer oder geringerer Kraft gegen das befestigte Kohlenstück gedrückt wurde. Bei den auf diese Weise konstruierten
Apparaten war es schwierig, die beiden Kontaktstücke genau in diejenige Lage zu einander zu bringen, welche
sie einnehmen müssen, um eine klare, biegsame und deutliche Tonübermittelung zu erzielen.
Ferner sind derartige Apparate, auch wenn sie richtig reguliert sind, gegen Erschütterungen und atmosphärische Einflüsse
überaus empfindlich, so daß sie immer wieder neuer Regulierung bedürfen. Diesem Übelstand hat Blake
durch sein Mikrophon abgeholfen. Dasselbe besteht aus einem Holzgehäuse A mit Schallöffnung E, welche auf eine Membran CC
führt. Die an das Holzgehäuse angeschraubten HalterB und B' dienen zur Aufnahme der gegeneinander federnden Kontaktstückchen.
Zunächst ist das Platinkontaktstück h durch die Feder g leicht an die Membran gedrückt. Das Kohlenstückchen
e ist mittels der Feder d gleichfalls so befestigt, daß es mit der Membran frei schwingt. Unter dem Druck der stärkern Feder
d leistet es aber den Schwingungen der Membran einen größern oder geringern Widerstand. Hierdurch ändert sich aber auch der
Druck, welchen die beiden Kontaktstücke aufeinander ausüben, und infolgedessen auch der Widerstand in
dem über S, w, g, h, e, d, F und G führenden Stromkreis. Durch den an der Feder i federnden Hebel
[* 15] F und die Stellschraube G läßt
sich der Apparat leicht einstellen und bedarf dann keiner weitern Regulierung.
Bei dem Berlinerschen Mikrophon, von welchem
[* 11]
Fig. 7 eine Durchschnittsansicht gibt, ist ein fester
Kohlenkontakt g in der Mitte einer mit einem Gummiring umgebenen Membran m aufgeschraubt, während ein zweites Kohlenstückchen
c an einem zwischen zwei Schraubenspitzen drehbaren Arm h pendelartig hängt und durch sein eignes Gewicht auf das Kohlenstück
g drückt. Die Membran wird nur an der obern Seite