II. ТЕЛЕФОН
Что такое звук?
Слово «телефон» происходит от двух греческих слов: «теле», что значит далеко, и «фоне» — звук.
В наши дни телефон известен всем. Но все ли знают, как устроен и работает телефонный аппарат?
Человеческий голос слышен на очень небольшом расстоянии. Как добиться того, чтобы наша речь была слышна далеко? Чтобы осуществить эту заманчивую идею, пробовали применять различные рупоры, полые трубы и т. д. Но все было тщетно.
Только во второй половине XIX века при помощи электричества научились передавать разговорную речь на далекое расстояние. Прежде чем рассказать об устройстве телефонных аппаратов, вспомним, что такое звук и как он распространяется.
Звуки окружают нас всюду. И всегда источником звуков служит колеблющееся тело. Например, мы ударяем по струне гитары — тотчас раздается звук. Приложив палец к струне, можно ощутить, что она движется — колеблется. Струна гитары звучит сначала громко, а затем все тише и тише, пока совсем не затихнет. Как только струна остановится, исчезнет звук.
Но почему колебания тела порождают звук?
Всякое звучащее тело не только само колеблется, но и передает колебания прилегающим к нему частицам окружающей среды, воздуха. Колебания воздуха достигают барабанной перепонки нашего уха и заставляют ее также колебаться. Колебания барабанной перепонки передаются во внутреннее ухо и вызывают в слуховом нерве раздражение, которое мы воспринимаем как звук.
Не всякие колебания воздуха слышны. Наше ухо улавливает только такие звуки, которые имеют частоту колебаний не менее 16 и не более 20 000 в секунду.
Для передачи звука на расстояние нужно очень небольшое количество энергии. Эта энергия и приводит в быстрое колебательное движение частицы воздуха на всем протяжении, где слышен звук.
Распространяясь с одинаковой силой во все стороны, звук затухает гораздо быстрее, чем увеличивается расстояние от его источника. С увеличением расстояния в два раза сила звука уменьшается в четыре раза; при увеличении расстояния в пять раз звук ослабевает уже в 25 раз. Иными словами, громкость звука уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния от источника звука.
Непосредственная передача звука по воздуху возможна на очень небольших расстояниях. Громкая человеческая речь слышна на расстоянии, равном приблизительно 100 метрам, и даже крик можно услышать на открытом воздухе на расстоянии не более 200 метров. При переговорах на сравнительно большом расстоянии, например между встречными пароходами, иногда применяют рупоры, так как при помощи рупора звуковые волны посылаются направленным пучком.
В некоторых случаях разговорную речь по длинным звукопроводам можно слышать на расстоянии до одного километра. Такой телефон из труб можно и сейчас встретить на некоторых старых пароходах. Им пользуются для передачи распоряжений в машинное отделение. Слова команды, передаваемые с капитанского мостика, отчетливо слышны в машинном отделении. Но представим себе, что ученым удалось найти способы посылать неослабевающие звуковые волны на расстояние в десятки и сотни километров. Можно ли, используя этот способ, разговаривать, например, из Москвы с Ленинградом?
Нет. Это было бы очень неудобно. Звуковая волна распространяется в воздухе очень медленно, всего со скоростью около 330 метров в секунду. Слово, произнесенное в Москве, будет услышано в Ленинграде только через 35 минут. В течение шестичасового разговора едва удалось бы обменяться десятью фразами. Ответа на вопрос пришлось бы ждать больше часа.
Таким образом, не только быстрое затухание звука, но и малая скорость его распространения не позволяют нам передавать нашу речь по воздуху на большое расстояние.
Передача звуков на большие расстояния стала возможна лишь после того, как был открыт способ превращения электрической энергии в звуковую и наоборот.
