Az elektromos áram. Az elektromos távközlés 19. századi vadhajtása: az első elektrofon hangszer

Elektrofon hangszerek nem létezhetnének folyamatos elektronáramlást biztosító eszközök, azaz áramforrások nélkül. Az első áramforrás a galvánelem volt – ez Luigi Galvani (1737–1798) olasz fizikus után kapta nevét, pedig valójában egy másik olasz fizikus, Alessandro Volta (1745–1827) találta fel 1800-ban. Volta megismerte Galvani állati elektromossággal kapcsolatos kísérletét és a kísérleti eredményekre adott magyarázatát – ezután építette az első galvánelemet abból a célból, hogy segítségével megcáfolja a Galvani-féle magyarázatot. Volta cáfolata sikerült, mindennapi életünkre azonban nagyobb hatása lett munkája melléktermékének, az áramforrásnak.

Míg a galvánelemek vegyi úton állítanak elő elektromosságot, addig a generátorok az elektromosság, mágnesesség és mozgás kapcsolatát használják fel áramtermelésre. Az első, gyakorlati célokra is használható generátort, a dinamót Jedlik Ányos (1800–1895) magyar bencés-rendi szerzetes és fizikus találta fel 1827-ben. Az 1880-as években kezdtek kiépülni az elektromos hálózatok, ezek áramellátását a kezdetektől máig túlnyomórészt generátorok biztosítják.

Hogy az emberi evolúció során a nyelvé vagy a zenéé volt-e az elsőbbség, arról Darwin óta vitatkoznak a tudósok. Az azonban kétségtelen, hogy a modern ember mindennapi szükségleteinek rangsorában a nyelvi közlés megelőzi a zenét – ahogy ezt az elektromos áram kultúrtörténete is kiválóan illusztrálja. Az első elektroakusztikus zenei berendezések ugyanis a villamosított távközlés, azaz a távíró és a távbeszélő technológiáinak kifejlesztésekor, azok vadhajtás-szerű melléktermékeiként, illetve speciális alkalmazásaiként jöttek létre – egyetlen korai elektrofon hangszer kivételével, amely viszont a közvilágítás fejlesztésének mellékterméke volt.

Az elektromos távíró az áram mágneses hatására épít: ha a vezeték egyik végén változtatjuk az áramerősséget, a másik végén megmozdul az elektromágneses jelzőkészülék mutatója. Az első ilyen elven működő telegráfot Pável Lvovics Silling (1786–1837) német származású orosz diplomata készítette Szentpéterváron 1832-ben. Samuel Finley Breese Morse (1791–1872) amerikai festőművész ugyanebben az évben gondolt ki egy olyan távírót, mely a mutató mozgásait ceruza és papír segítségével rögzíti. Az 1830-as évek első felében több hasonló találmány született, mindegyiknek közös tulajdonsága, hogy a jeleket vizuálisan jeleníti meg, illetve, hogy azokat két állapot, a „van áram” és a „nincs áram” váltakoztatása által közvetíti.

Az utóbbi tulajdonság hátránya, hogy egy vezetéken egyszerre csak egy üzenetet lehet továbbítani. Ennek a hátránynak a leküzdésére dolgozta ki Alexander Graham Bell (1847–1922) amerikai feltaláló (1.3. ábra) azt a módszert, melyet az Egyesült Államok Szabadalmi Hivatala 1875. április 6-án regisztrált 161.739-es szám alatt, Improvement in Transmitters and Receivers for Electric Telegraphs címen. Míg Morse rendszerében a jeleknek a „nincs áram”, az őket elválasztó szüneteknek pedig a „van áram” állapota felel meg, addig Bell módszere a jelet elektromos rezgésnek felelteti meg. Egy elektromágnes magához húz egy rugalmas fémnyelvet; a fémnyelv emiatt megszakítja az elektromágnest működtető áramkört; az elektromágnes emiatt elengedi a fémnyelvet; a fémnyelv, visszatérve kiindulási helyzetébe, újra zárja az áramkört – és a folyamat kezdődik elölről (ugyanezen az elven működik az elektromos iskolacsengő, vagy a régebbi villamosok és autóbuszok berregője is). Az áramkör ekképp szabályos ütemben újra és újra megszakad, azaz periodikus elektromos rezgés áll elő – ennek frekvenciáját a fémnyelv hosszúsága és vastagsága határozza meg.

Bell adókészüléke több ilyen elektromechanikus oszcillátort alkalmaz, melyek mindegyikéhez külön jeladó billentyű tartozik, és mindegyik a többitől különböző frekvencián kezd rezegni, ha billentyűjét lenyomják. A vevőkészülék a rezonancia elvén működő szűrőkből áll – minden egyes szűrő csak egyetlenre reagál az adóállomás különböző frekvenciái közül, s csak annak hatására kezdi el mozgatni a hozzá kapcsolt írókart, amely a jeleket papírra rögzíti. Ahány oszcillátor és szűrő, annyi független csatornán lehet üzeneteket továbbítani egyazon vezetéken keresztül. ³

Az 1870-es évek második felében Bell nagy riválisa a távírófejlesztés terén egy másik amerikai feltaláló, Elisha Gray (1835–1901) volt (1.4. ábra). Míg Bell imént ismertetett szabadalma a párhuzamos üzenettovábbítás problémájával kapcsolatos, addig Gray néhány hónappal később, 1875. július 27-én védettséget nyert találmánya azzal foglalkozik, hogyan lehet megszólaltatni az elektromechanikus oszcillátorokkal előállított távíró jeleket. Maguk az oszcillátorok az adóállomáson jól hallhatóan berregtek a fémnyelvek gyors ide-oda csapódásának köszönhetően – a kérdés csak az volt, hogyan lehet a berregéssel megegyező frekvenciájú, nem hallható elektromos rezgést a vevő oldalán hallhatóvá alakítani.