В тот же день, 14 февраля 1876 года, но двумя часами позже, в Бюро патентов поступила заявка Элиши Грэя на такое же изобретение.
7 марта 1876 года заявление Белла было рассмотрено, и его право на изобретение было признано и зарегистрировано. Однако между Беллом и Грэем возник длительный судебный процесс, и только в 1888 году Верховный суд США окончательно признал приоритет на новое изобретение за Беллом.
Белл впервые использовал в своем аппарате индукционные токи, на действии которых основан и современный телефон. Телефон Белла состоял из тонкой стальной пластинки (диафрагмы), прикрепленной ко дну небольшой коробки. Сзади диафрагмы помещались полюсы подковообразного магнита, окруженного проволочной спиралью. Если говорить в коробку, то звуковые волны, приводя в движение диафрагму, изменяли магнитное поле, и в проволочной спирали возникал меняющийся по величине ток, который на обратном конце в приемнике приводил в движение подобную же диафрагму, а она своими колебаниями воспроизводила звуки.
Изобретатель Белл, как и Грэй, пришел к заключению, что магнитное поле, создаваемое колебанием мембраны, не производит достаточно сильных пульсирующих токов, необходимых для передачи человеческого голоса на большие расстояния, и не дает достаточной силы звука. Тогда у них возникла мысль прибегнуть к помощи батареи, которая непрерывно подавала бы в телефонную цепь электрический ток, при наличии которого колебания мембраны служили бы лишь для преобразования этого постоянного тока в пульсирующий. В этом было заложено начало развития телефонов с батареей.
Впервые телефон был демонстрирован публично в США в 1876 году на первой американской всемирной выставке в городе Филадельфии. В конце того же 1876 года телефон был демонстрирован в Европе на съезде Британской научной ассоциации в городе Глазго (Шотландия). Присутствовавший на съезде знаменитый английский физик Томсон (лорд Кельвин) заявил, что телефон представляет «величайшее из чудес, связанных с электрической телеграфией».
Однако для телефонной передачи между точками, находящимися одна от другой на большом расстоянии, потребовалось изобретение более практической системы. Возникавшие токи были очень слабы. Первый изготовленный Беллом телефонный прибор передавал еще очень неясные звуки речи из одной комнаты в другую.
Эдисон переехал в Менло-Парк в 1876 году, как раз в том году, когда Белл получил патент на телефон. И одной из первых проблем, к разрешению которой Эдисон приступил в своей новой лаборатории, было усовершенствование изобретения Белла.
Внедрение в коммерческую эксплуатацию телефона Белла затруднялось из-за слабости передаваемых звуков и из-за посторонних шумов, которые по различным причинам появлялись в проводах.
Существенное неудобство представляло также объединение приемника и передатчика (телефона и микрофона) в одной трубке. Нужно было подносить трубку то к уху, то ко рту. Говорящий уже не мог слышать партнера, слушающий не мог отвечать.
Белл продолжал трудиться над усовершенствованием своего телефона. Он предложил свой патент компании «Вестерн Юнион», но получил отказ. Шаг за шагом добивался Белл и улучшения своего аппарата и поддержки финансовых кругов. Постепенно интерес к этому изобретению возрастал, и многие предприятия принялись заменять телеграфную связь телефонной. За плечами Белла организовывалась крупная промышленная компания.
Компания «Вестерн Юнион», обеспокоенная угрожавшей конкуренцией телеграфу и привлекаемая все более очевидными перспективами, обратилась к Эдисону. Ему обязались уплачивать 150 долларов в неделю в течение пяти лет за право первого использования любого его изобретения в области телефонии. Эдисон охотно согласился, так как еще в Ньюарке он начал эксперименты в этой области, а в Менло-Парке продвинулся в этом направлении достаточно далеко. Середина семидесятых годов прошлого столетия вообще изобиловала именами изобретателей телефона.
Чтобы понять сущность усовершенствования, внесенного Эдисоном, вспомним основы телефонирования.
Микрофон и телефон являются основными приборами, требующимися для передачи человеческой речи на любое расстояние посредством электрического тока. Для передачи на расстояние звуковых колебаний прежде всего необходимо их превратить в колебания электрического тока. Эта задача выполняется микрофоном, который, таким образом, является передатчиком. Он состоит из металлической коробки, наполненной угольным порошком; крышкою служит тонкий диск из твердого угля, являющийся одновременно и мембраною. Если говорить перед микрофоном, то звуковые волны падают на мембрану микрофона и заставляют ее колебаться «в такт» с изменением звука. При колебаниях мембраны изменяются и электрические свойства микрофона. Например, в угольном микрофоне изменяется давление мембраны на находящиеся в соприкосновении с нею угольные зерна, что, в свою очередь, вызывает изменение электрического сопротивления в цепи, в которую включен микрофон. Изменения сопротивления цепи микрофона вызывают изменения протекающего в этой цепи тока. Эти изменения электрического тока как раз соответствуют изменениям давления, вызываемым падающей «а мембрану звуковой волной, и действуют на магниты телефона. Телефон, являющийся приемником, состоит из мембраны, представляющей из себя тонкий железный кружок, и из системы магнитов. Эти оба прибора — микрофон и телефон — связаны между собою медной проволокой. По этим проводам посылается электрический ток.
Изменения электрического тока действуют на магниты телефона. И магнит притягивает мембрану телефона то сильнее, то слабее, приводит ее в колебание. Эти колебания точно соответствуют колебаниям мембраны микрофона и воспринимаются ухом как звук. Следовательно, в целом мы имеем такой процесс: от звука через электричество снова к звуку.
Эдисону пришлось много потрудиться, прежде чем ему удалось сконструировать первый получивший практическое применение угольный микрофон. Он пришел к нему не сразу. В качестве наполнителя коробки микрофона он испробовал воду, губку, увлажненную бумагу, войлок, тонкие пленки графита. Результаты были плохие. В записной книжке Эдисона возле записей опытов появились странные значки — «NG» и «NB», это означало no good — «не хорошо» и no better — «не лучше». Эдисон переходит к опытам с разными волокнами, появляются знаки «LB» и «Е», что означает little better—«несколько лучше» и encouraging — «обнадеживающе». Звук стал громче, но артикуляция оставалась слабой. Проходили месяцы. Эдисон продолжал эксперименты. Однажды при виде коптящей керосиновой лампы Эдисону пришло в голову испробовать копоть. Первые же результаты оказались блестящими. Эдисон поставил знак «VE»— (very encouraging) — «весьма обнадеживающе». Применение чистого угля решило задачу, звук намного усилился. Эдисон создал первый практически действующий телефонный микрофон. Но не все задачи были решены.
Первые микротелефоны имели очень малое сопротивление. И изменения сопротивления, происходившие в этих микротелефонах во время разговора, а следовательно и возникавшие колебания силы тока, были весьма незначительны. Эти колебания силы тока еще больше ослаблялись высоким сопротивлением проводов. Эдисоном было сделано изобретение, которое привело к значительному улучшению: он ввел в телефон индукционную катушку (трансформатор), преобразующую ток низкого напряжения микрофонной цепи в переменный ток более высокого напряжения, которому легче было преодолеть сопротивление проводов.
В первичную цепь индукционной катушки поступает электрический ток, который благодаря колебаниям металлической мембраны преобразовался в ток пульсирующий. Таким образом, в линию передачи поступают уже не прямые, а индуктированные токи, возникающие во вторичной обмотке этой катушки. Применение такого индуктивного действия значительно увеличивает мощность передачи. Это усовершенствование дало возможность установить телефонную связь на большие расстояния и положило начало развитию телефонной техники.
