Илайша грей что изобрел
Элайша Грей
Elisha Gray
Элайша Грей родился 2 августа 1835 года в городе Барнесвилль, США. Воспитывался на ферме. В десять лет сконструировал работающую модель телеграфа Морзе. После смерти отца и серьезных проблем со здоровьем у матери, в двенадцать лет вынужден бросить школу и начать работать. Зарабатывал на жизнь плотницким ремеслом. Позже окончил частную среднюю школу и отучился два года в Обрерлинском Колледже. В колледже оказался очарован электричеством, и при серьезной поддержке своего научного руководителя Чарльза Черчилля, возобновил исследования в области электроники и телеграфа.
В 1867 году Грей получил свой первый патент за изобретение телеграфного реле, которое автоматически адаптировалось к изменению сопротивления изоляции на телеграфной линии. После приступил к разработке автоматических ретрансляторов, которые практически не использовались. В 1869 году вместе с Бартоном основал компанию «Gray & Barton Co.» для поставки телеграфного оборудования гигантской компании Western Union Telegraph. Электрораспределительный бизнес позже выделен и организован в отдельную компанию «Graybar Electric Company, Inc».
В 1870 году Элайша Грей разработал сигнализатор для гостиниц и еще один для лифтов. Также стал автором микрофонного принтера, который имел клавиатуру пишущей машинки и печатал сообщения на бумажной ленте. В пресвитерианской церкви в Хайленд-Парке, учредителем которой являлся, 29 декабря 1874 года продемонстрировал публике свое изобретение для передачи музыкальных тонов. Это изобретение считается одним из самых ранних электрических музыкальных инструментов, использующих вибрационные электромагнитные схемы. В «музыкальном Телеграфе» использовались стальные тростники, колебания которых создавались электромагнитами и передавались по телеграфному проводу. Позже 27 июля 1875 года получил патент на «электрический телеграф для передачи музыкальных тонов».
В следующем году, 14 февраля 1876 года Грей подал заявку на патент на изобретение телефона. В этот же день, но на два часа раньше другой американец Александр Белл подал заявку на аналогичный патент. В результате, 7 марта патент выдан последнему. Семнадцать лет шло судебное разбирательство, которое затеял Грей, и в итоге Верховный суд США вынес вердикт в пользу Белла.
В 1900 году Грей начал работу над проектом подводных сигнальных устройств для передачи сообщений с судов. Одно из них протестировано 31 декабря. Всего получил около семидесяти патентов на свои изобретения.
Элайша Грей умер 21 января 1901 года от сердечного приступа в Ньютонвилле.
«Электрические исследования в области тональной телеграфии и телефонии», 1878
Персоны | Грей, Элайша
Начало научной деятельности
Работая, Грей часто переутомлялся, вплоть до возникновения проблем со здоровьем. Благодаря умению работать руками он извлекал очень многое для своей учёбы: «Пока я изучал естественную философию, у меня была привычка делать и приносить с собой в класс такие аппараты, которые можно было легко собрать и которые служили бы наглядным пособием на уроке. Моей чертой было конструировать всё то, что я видел или о чём читал, настолько насколько позволяли мои возможности. Это было лучшим способом закрепить у себя в уме принципы работы различных устройств и механизмов».
В 1867 году Элайша Грей получает свой первый патент за изобретение телеграфного реле, которое автоматически адаптировалось к изменению сопротивления изоляции на телеграфной линии. После он приступил к разработке автоматических ретрансляторов, но они практически не использовались. Всего за свою жизнь Грей получил около 70 патентов.
В 1869 году, Элайша Грей и его партнер Е.М. Бартон основали компанию Gray & Barton Co. в Кливленде, штат Огайо. Спустя время Грей основал отдельную компанию Graybar Electric Company, а Бартон был нанят Western Union изучать и проверять новые продукты.
Элайша Грей был работоспособным разносторонним и профессиональным изобретателем с хорошей репутацией. Но как часто бывает, каждый изобретатель подозревал другого в краже тех или иных своих идей. Грей подал заявку на патент по сложному гармоническому телеграфу 23 февраля 1875 года. Два дня спустя Александр Белл точно так же подал заявку на подобное изобретение. Сей небольшой конфликт позже перерос в крайне серьёзное противостояние между Беллом и Грэем.
Позже Грей заявил, что именно у него в 1867 году возникла идея передавать телеграфные сообщения, используя музыкальные тоны, когда он использовал вибрирующий металлический язычок или реотом в цепи с электромагнитом и телеграфным ключом. Когда он замыкал ключ, он «заметил поющий звук в электромагните, и работая ключом как при передаче сообщения азбукой Морзе, при этом был слышен производимый магнитом сигнал в виде длинных и коротких звуков, аналогичный точкам и тире кода Морзе».
Удача улыбнулась Грею и ему удалось получить звук в своих экспериментах. Однако стоит отметить, что к тому времени он наверняка слышал или даже присутствовал при демонстрации первого телефона, сконструированного Филиппом Рейсом в Германии в 1854 году. Это устройство было разработано для передачи музыкальных звуков. Передатчик состоял из рычага с контактом, опирающимся на мембрану. Когда звучала одна нота, мембрана вибрировала, разрывая контакт рычага с кусочком платины в середине мембраны.
Этот прерывающийся ток поочерёдно намагничивал и размагничивал приёмный электромагнит, который воспроизводил любой звук, попадающий в мембрану. Аппарат Рейса был широко известен в то время. Грей позже говорил о своём музыкальном телеграфном приборе как о телефоне. В отличие от Белла, он не документировал свои источники, следовательно, довольно тяжело выяснить, кто же именно натолкнул Грея на создание его изобретения.
Музыкальный телеграф
С 1874 года Грей занимается только изобретениями.
Вскоре Элайша Грей улучшил своё изобретение и заменил ванну на деку от скрипки с приделанным сзади металлическим листом.
В апреле 1874 года Грей сделал попытку запатентовать музыкальный телеграф, который состоял из двухтонового передатчика и двух однополюсных электромагнитов с вибрирующим якорем. Каждый якорь замыкает и размыкает платиновый контакт, по которому течёт ток на катушку; каждый электромагнит имеет разное электрическое сопротивление. Таким образом получается, что на каждом якоре будет разное магнитное притяжение, что приводит к разнице частот, с которыми колеблются якоря.
Каждая комбинация катушки и якоря контролировалась своим собственным телеграфным ключом так, что частоты могут быть переданы по отдельности, либо одновременно. Эти электромагниты были соединены с катушкой индуктивности, которая работала как современный трансформатор, усиливая ток, передающийся по телеграфной линии. Под цинковую ванну Грей подложил заземлённый кусочек оцинкованной жести. В патенте изображен человек – возможно, это сам Грей – держащий в руке провод от катушки, а другой рукой прикасающийся к жести.
Передатчик посылает два разных слышимых тона, которые воспроизводятся жестяной пластиной приёмника, как только человек коснется её. Патентное бюро вначале отвергло эту заявку, так как в патенте не могла участвовать схема, включающая человека. Так Грей преобразовал человека в отдельный модуль, внутрь которого он помещал разные животные ткани, начиная от раковины устрицы и заканчивая выделанной кожей. В конечном итоге, его изобретение было запатентовано в феврале 1876 года.
К тому времени Грей продвинулся ещё дальше. Он расширил свой двухтоновый передатчик до двухоктавного устройства, которое могло передавать уже 24 звука разной высоты (две октавы) по телеграфной линии. Каждый тон генерировался единичным тоновым передатчиком, настроенным на определенную высоту. Грей часто использовал некоторые однотоновые передатчики внутри больших сложных устройств, способных на передачу составных тонов, таких как его двухоктавный передатчик и печатающий телеграф.
Музыкальный телеграф Грея давал возможность играть в две октавы, имея отдельные однотоновые осцилляторы. Поздние модели обладали простым тоновым колесом-контроллером. В 1874 году Грей разъезжал по США со своим изобретением, и даже воодушевил Белла на доработку его электрической арфы для передачи речи по телефонной линии, используя инструмент Грея в качестве основы.
Начиная с этого времени Элайша Грей знал, как сгенерировать и передать звук электрическим способом. Он задавался вопросом «а смогу ли я передать, скажем, аккорды или множество нот, либо других сигналов, по одной телефонной линии. » Для демонстрации передачи аккордов Грей построил банк из 8-ми осцилляторов с управлением от рояльной клавиатуры. Очень скоро эти технические демонстрации начали увлекать интересующихся музыкой людей. Так, Грей усовершенствовал двухоктавную версию «гармонического телеграфа» и демонстрировал ее чуть ли не на всей территории Соединённых Штатов. Успех генерации звука и его передачи изменили интересы Грея – вместо совершенствования сложной техники он заинтересовался самим звуком и, особенно, голосом.
Работа над телефоном
Во всех приёмниках Грея воплощён этот принцип и, следовательно, они способны воспроизводить каждый тон единовременно, но усиление вибрации сердечника электромагнита было реализовано различными способами. Например, Грей использовал различные полости для усиления звука. У него была идея использовать жестяной барабан, в комбинации с жестью он использовал также животную ткань, как описано в патенте, он также экспериментировал с металлическим листом и декой от скрипки. Он постоянно проверял каждый тип приемника на совместимость со своим двухоктавным передатчиком. Эти инструменты Грей демонстрировал несколько раз в Нью-Йорке и Вашингтоне в мае и июне 1874 года, и они вполне произвели впечатление на публику. После этого он вернулся домой, в Чикаго.
Грей утверждал, что до возвращения в Чикаго он работал над проблемой создания надёжного гармонического передатчика. Его двухоктавный передатчик теоретически мог быть использован для такой цели, но Грей считал, что он больше подходит для передачи сложных тонов, чем одиночных посланий. Проблему передатчика он решил, используя «обычный электромагнит и язычок от часовой пружины, один конец которого зафиксирован на одном полюсе магнита, а другой свободен и находится над другим полюсом на коротком расстоянии от него, так как располагается якорь».
Каждая из этих пружин может быть настроена на конкретную частоту. Эти пружины производят качественный тон в течение короткого времени, «но незначительное изменение настройки, даже дребезжание стола, могут прерывать колебания и быть причиной того, что нота аккорда или октавы может «уплыть» от основного тона».
Для того, чтобы улучшить монтаж язычка для передачи единичного тона, Грей приделал пружину к тяжелому металлическому язычку, зафиксировал его конец, настроив его, и добавил маленькую пружинку для демпфирования вибраций. Для однотонового или анализирующего приёмника он сперва попробовал использовать камертон, присоединив его к одному из полюсов электромагнита. Далее он попробовал стальную ленту, закреплённую с обоих концов:
У Грея была идея конфигурации язычка таким образом, чтобы он служил как в качестве передатчика, так и в качестве приёмника.
Грей хотел запатентовать всё разнообразие передатчиков и приёмников, которые он придумал и которые могли бы использоваться в различных сочетаниях. Манера работы Грея в этом и заключалась – он воплощал идеи для передатчика и приёмника множеством способов, проверял, и патентовал их комбинации.
А что же касается Белла и его изобретения. В эксперименте по передаче звука человеческого голоса по проводу он использовал жидкий передатчик-микрофон, который ранее придумал Грей и который даже не упомянут в патенте Белла. Также Белл использовал электромагнитный приёмник с металлической диафрагмой, который Грей публично демонстрировал несколькими месяцами ранее. Грей был бы официально признан изобретателем телефона, если бы Белл не подал заявку на патент всего лишь за несколько часов ранее до него.
Последние годы
В 1899 году Грей переехал в Бостон, где продолжал изобретать. Одним из его проектов была разработка подводного сигнального устройства для передачи сообщений между кораблями. Одно из таких устройств сигнализации было протестировано 31 декабря 1900 года.
Telautograph: месть Cерого кардинала
Тремя годами позже Бойд Крамрайн описал эту встречу в статье, опубликованной в газете Washington Report. Экземпляр этой газеты он переслал Беннету, который, будучи проездом в Хайлэд Парк (пригород Чикаго), передал её Элише Грею.
Чуть позже Крамрайн получил от Грея письмо. «Мой дорогой друг! Замечательно, что Вы с теплотой вспоминаете наши школьные годы. Я, как и раньше, в школе, посвящаю всё своё время науке и технологиям. Сейчас я работаю над изобретением, которое называю «телеавтограф» (telautograph). Это машина, способная, подобно телеграфу, передавать на расстояние рукописный текст. Например, Вы сможете поставить свою подпись на банковском счёте, находясь за сотни миль от банка».
Так, очень кратко, в письме своему школьному товарищу гениальный изобретатель Элиша Грей рассказал о приборе, ставшем для него своеобразным реваншем в телефонной патентной войне, сделавшим его богатым и ставшим прообразом современных факсимильных аппаратов.
Патентная война
Судьба порой испытывает людей на прочность самым неожиданным образом.
11 февраля 1876 года патентный поверенный Элиши Грея подал в Патентный офис США заявку на изобретение аппарата, передающего голос на расстояние по проводам. Тремя днями позже, 14 февраля, Грей дополнил ранее поданную заявку подробнейшими чертежами, описывающими работу телефонного аппарата с жидкостным микрофоном.
И надо же такому случиться, что именно в этот день в Патентный офис США поступила заявка на аналогичное устройство разработки Александра Грэхема Бэлла.
Позже адвокаты Бэлла будут доказывать, что документация на изобретение телефона была разработана несколькими месяцами ранее и не оформлялась в США по причине того, что ожидала оформления в Британском патентном бюро (в Европе также было несколько изобретателей, претендующих на телефонное первенство).
Элиша Грей, конечно же, подал протест, объявив патентную войну Бэллу. В ходе длительных судебных разбирательств было выяснено, что патентный эксперт Уилбер пошел на должностное преступление, показав адвокату Бэлла чертежи Элиши Грея, и позже принял заявку на изобретение Бэлла без обязательного предоставления работающего прототипа. Не будь той злополучной девяностодневной приостановки рассмотрения заявок, за время которой Бэлл сумел дополнить свою документацию недостающими сведениями, изобретателем первого телефона, несомненно, стал бы Элиша Грей.
Но судьба распорядилась иначе. И ныне большинство источников, официально признавая первенство Бэлла в изобретении телефона, неофициальным отцом самого популярного средства связи признают Элишу Грея.
Получив статус «серого кардинала» телефонной индустрии, Элиша Грей вовсе не опустил руки. Более того, его последующие изобретения (а было их более семидесяти) позволили ему не только сделать состояние, но и вновь стать отцом технологии. На сей раз факсимильной связи.
От пишущего телеграфа к телеавтографу
К слову сказать, изобретать телеавтографа Элиша Грей начал не на пустом месте. В феврале 1879 года на заседании британского телеграфного инженерного общества (Society of Telegraph Engineers) изобретателем Эдвардом Коупером был представлен действующий прототип пищущего телеграфа (writing telegraph). В основе writing telegraph лежал классический телеграфный аппарат, отображающий на движущейся ленте символы азбуки Морзе. Коупер развил его идею, дополнив контур, передающий информацию о горизонтальных линиях (символах азбуки Морзе), вторым подобным контуром, фиксирующим вертикальное движение пера в передающем устройстве. Кривые линии рукописного текста формировались путём передачи информации о координатах точки, являющейся пересечением горизонтального и вертикального движений пера. Точность вычислений обеспечивалась матрицей из тридцати двух катушек индуктивности, фиксировавщих возникающую разность потенциалов.
Оператор водил пером по движущейся в передающем устройстве ленте, а в приёмнике хитроумный механизм с сифоном, наполненным жидкими чернилами, двигался подобно перу нынешних сейсмографов, вычерчивая непрерывную линию рукописного текста. Пробелы между словами фиксировались как горизонтальная линия.
Досконально изучив схему пишущего телеграфа, Элиша Грей решил отказаться от телеграфного механизма и разработал сервоприводы, перемещавшие перо в пределах стандартного бумажного листа. Передача координат перемещения происходила путём их преобразования в стандартный телеграфный код на входе и декодирование на выходе. Кроме того, специальный код, формируемый в тот момент, когда оператор приподнимал перо от листа бумаги, передавался на приёмное устройство, заставляя последнее перемещать лист бумаги на новую строку.
Благодаря этому с помощью телеавтографа Элиши Грея появилась возможность обмениваться на расстоянии обычными рукописными документами любой сложности.
Вот как Элиша Грей описывал принцип действия своего изобретения в интервью 1888 года газете Manufacture & Building: «Благодаря телеавтографу вы можете сесть в своём офисе в Чикаго, взять в руку карандаш и записать любой текст, который по проводам тут же будет передан в Нью-Йорк, где приёмная часть воспроизведёт его с точностью факсимиле. Кроме текста вы вольны изобразить всё, что угодно. Например, художник вашей газеты может телеграфировать изображения железнодорожного крушения или других происшествий точно так же, как репортёр телеграфирует текст статьи».
Позже телеавтограф Элиши Грея, продемонстрированный на Международной выставке в Чикаго в 1893 году, вызвал и коммерческий интерес. Особенно сильно заинтересовались новинкой банки, обретающие с помощью телеавтографа возможность получения подписи удалённого клиента.
В 1901 году в возрасте шестидесяти пяти лет Элиша Грей умирает от сердечного приступа. Но его изобретение продолжает жить. Помощник Грея Фостер Ричи усовершенствовал телеавтограф, превратив его к 1902 году в весьма портативное устройство. Именно в таком виде аппарат и просуществовал следующие тридцать лет, успешно конкурируя с телеграфом и телефоном.
В 1915 году предприятия Грея «Gray National» и «Gray Electric Companies» объединяются в концерн «Telautograph Corporation» и сосредотачиваются на массовом выпуске телеавтографов.
Несмотря на большой успех и востребованность, основным недостатком телеавтографа остается малое расстояние, на которое факсимиле передаётся без ошибок. Отсутствие в то время теории помехоустойчивого кодирования не позволяло передавать рукописный текст и изображения без потерь дальше, чем на двадцать километров. Своеобразным рекордом стала экспериментальная передача, в ходе которой подпись клиента без ошибок была передана на расстояние в двести километров.
Но даже работа телеавтографа на небольших расстояниях делает его чрезвычайно популярным. Конечно, он не был на виду у широкой публики, как, например, телефон, однако, являлся важным инструментом в банковской сфере и железнодорожном транспорте.
Железнодорожники использовали телеавтограф для передачи актуальной информации о задержках поездов. Посетители Центрального вокзала Нью-Йорка могли наблюдать работу телеавтографа в знаменитом киоске в центре зала, где на бегущей ленте отображалось рукописное расписание поездов.
Ещё одним местом активного использования телеавтографа становятся публичные библиотеки, в которых аппараты Грея автоматизируют процесс обработки заявок на получение книг.
Однако наибольшую финансовую выгоду от изобретения Грей получил ещё при жизни, заключив контракт с военными.
Телеавтограф в погонах
В 1890 году военное ведомство США заключает секретный контракт с предприятиями Элиши Грэя на поставку крупной партии телеавтографов в специальном исполнении.
Точное наведение на цель артиллерийских орудий осуществлялось на основе данных наблюдателей, располагавшихся в защищённых укрытиях вдоль всего побережья. Проведённые учебные стрельбы показали неэффективность применения телеграфной и телефонной связи. Шум выстрелов препятствовал уверенному приёму морзянки и голосовых координат.
Грей выпустил автономную модель телеавтографа в массивном медном корпусе с резиновыми виброгасителями. Корпус был водонепроницаемым, а лента, на которой отображались координаты, была спрятана за противоударным стеклом. Для работы в ночных условиях защищённый телеавтограф комплектовался встроенным источником света.
Первоначально протестированная на базе артиллерийской батареи форта Водсворт система факсимильной связи Грея была установлена на всех артиллерийских точках Атлантического и Тихоокеанского побережья США. Её применение было строго засекречено. Ведь от точной работы военных телеавтографов зависела точность стрельбы мощных береговых установок.
Прошлое будущее телеавтографа
После Второй мировой войны технология, лежащая в основе телеавтографа, переживает своё второе рождение, используя последние достижения электроники и электротехники. Перевод контроллера телеавтографа вначале на лампы, а позже на полупроводниковые элементы и включение в его состав схем помехоустройчивого кодирования избавляют технологию от недостатков прошлого, позволяя пользователям обмениваться рукописным текстом на значительные расстояния.
Элиша Грей, проиграв битву за первенство изобретения телефона, не опустил руки. Его телеавтограф стал параллельной и не менее востребованной, чем телефон, веткой электросвязи. Бросив вызов неблагосклонно отнесшейся к нему судьбе, Грей победил, оставшись в памяти потомков отцом факса.
Музыкальный телеграф Элайши Грея
В отличие от Телгармониума Кэхилла, который был предназначен исключительно для музыки, музыкальный телеграф Грея – это побочный продукт целого комплекса научных приборов для изучения способов передачи звуков с помощью электричества. Современным языком говоря – это концепт.
Оригинал англоязычной статьи я почти полностью перевёл, но представленная версия – это сокращённый вариант с упором на техническую часть. Я думаю, что особо не интересно читать про судебные тяжбы Грея с Беллом и обо всём, что с этим связано. Также я подробно не останавливался на фирме Грея – Western Electric Manufacturing Company, которая занималась производством приборов и комплектующих для телеграфов в промышленных масштабах. Кому интересны эти подробности – всё без труда ищется в Интернете (на английском языке, естественно). Да и без этой информации довольно большая статья получилась.
Перевод, конечно, вышел слишком любительским. Ну, уж какой есть.
Я нашёл источник, из которого бралась информация для оригинальной англоязычной статьи. Это очень интересная книга Michael E. Gorman «Transforming Nature: ethics, invention and discovery». Электронный вид есть на books.google.com и доступен только для чтения.
В качестве бонуса помещаю мой перевод патента в части технического описания изобретения. Тоже довольно любопытно.
Клопфер (в оригинале – sounder) – (нем. Klopfer, от klopfen — стучать), простейший телеграфный аппарат для приема на слух знаков кода Морзе. Представляет собой электромагнит с двумя катушками и якорем, оттягиваемый спиральной пружиной. Размах отклонений рычага якоря ограничивается винтами. Стук рычага о них слышит телеграфист. Для усиления звука клопфер помещают в акустический резонатор.
Реотом – любое устройство, прерывающее электрический ток.
Электротом – частный случай реотома. Электромеханическое устройство для преобразования постоянного тока в переменный. Состоит из механической части – генератора частоты, и электрической части – катушки индуктивности.
Элайша Грей родился 2 августа 1835 года в городе Барнесвилль, штат Огайо. В 10 лет он соорудил работающую модель телеграфа Морзе. Но после смерти отца и серьёзных проблем со здоровьем у матери, Элайша в свои 12 лет сделался единственным кормильцем в семье. Он бросает школу; однако, позже он закончит частную среднюю школу и отучится два года в Обрерлинском Колледже, одновременно подрабатывая плотником. В колледже Грей был очарован электричеством, и при серьёзной поддержке своего научного руководителя Чарльза Черчилля, возобновляет исследования в области электроники и телеграфа.
Грей часто переутомлялся, вплоть до возникновения проблем со здоровьем. Благодаря умению работать руками он извлекал очень многое для своей учёбы: «Пока я изучал естественную философию, у меня была привычка делать и приносить с собой в класс такие аппараты, которые можно было легко собрать и которые служили бы наглядным пособием на уроке. Моей чертой было конструировать всё то, что я видел или о чём читал, настолько насколько позволяли мои возможности. Это было лучшим способом закрепить у себя в уме принципы работы различных устройств и механизмов».
В 1867 году Элайша Грей получил свой первый патент за изобретение телеграфного реле, которое автоматически адаптировалось к изменению сопротивления изоляции на телеграфной линии. Затем он приступил к разработке автоматических ретрансляторов, но они практически не использовались. За свою жизнь Грей получил около 70 патентов.
Элайша Грей был работоспособным профессиональным изобретателем с хорошей репутацией. Однако, каждый изобретатель подозревал другого в краже тех или иных своих идей. Грей подал заявку на патент по сложному гармоническому телеграфу 23 февраля 1875 года. Два дня спустя Белл точно так же подал заявку на подобное изобретение. Этот небольшой конфликт позже перерос в серьёзное противостояние между Беллом и Грэем.
Позже Грей заявил, что именно у него в 1867 году возникла идея передавать телеграфные сообщения, используя музыкальные тоны, когда он использовал вибрирующий металлический язычок или реотом в цепи с электромагнитом и телеграфным ключом. Когда он замыкал ключ, он «заметил поющий звук в электромагните, и работая [телеграфным] ключом как при передаче сообщения азбукой Морзе, при этом был слышен производимый магнитом сигнал в виде длинных и коротких звуков, аналогичный точкам и тире кода Морзе».
Благодаря удаче Грэю удалось-таки получить звук в своих экспериментах. Но надо сказать, что к этому времени он вполне вероятно слышал или даже присутствовал при демонстрации первого телефона, сконструированного Филиппом Рейсом в Германии в 1854 году. Это устройство было разработано для передачи музыкальных звуков. Передатчик состоял из рычага с контактом, опирающимся на мембрану. Когда звучала одна нота, мембрана вибрировала, разрывая контакт рычага с кусочком платины в середине мембраны.
Этот прерывающийся ток поочерёдно намагничивал и размагничивал приёмный электромагнит, который воспроизводил любой звук, попадающий в мембрану. Аппарат Рейса был широко известен в то время. Грей позже говорил о своём музыкальном телеграфном приборе как о телефоне. В отличие от Белла, он не документировал свои источники, следовательно, довольно тяжело выяснить, кто же именно натолкнул Грея на создание его изобретения.
Одна история о том, как была открыта электрическая генерация звуков, уже заслуживает особого внимания. Как говорил Пастер, шанс даётся лишь подготовленному уму. В случае Грея, его детская игра с аппаратом Морзе породила в уме идею музыкального телеграфа. В конце января, или в начале февраля 1874 года, Грей проводил опыты в ванной комнате и заметил, что если электрическую цепь с вибрирующим реотомом соединить одним концом вторичной катушки с оцинкованной подкладкой для ванны, другой конец взять в руку, а свободной рукой водить вдоль этой подкладки, то она будет производить воющий звук той же частоты, что и реотом. А если водить рукой сильнее, то шум будет даже громче, чем тот что производит реотом. При изменении частоты реотома аналогичным образом менялся и шум.
Вскоре Элайша Грей улучшил своё изобретение и заменил ванну на деку от скрипки с приделанным сзади металлическим листом.
В апреле 1874 года Грей сделал попытку запатентовать музыкальный телеграф, который состоял из двухтонового передатчика и двух однополюсных электромагнитов с вибрирующим якорем. Каждый якорь замыкает и размыкает платиновый контакт, по которому течёт ток на катушку; каждый электромагнит имеет разное электрическое сопротивление. Таким образом получается, что на каждом якоре будет разное магнитное притяжение, что приводит к разнице частот, с которыми колеблются якоря.
Каждая комбинация катушки и якоря контролировалась своим собственным телеграфным ключом так, что частоты могут быть переданы по отдельности, либо одновременно. Эти электромагниты были соединены с катушкой индуктивности, которая работала как современный трансформатор, усиливая ток, передающийся по телеграфной линии. Под цинковую ванну Грей подложил заземлённый кусочек оцинкованной жести. В патенте изображен человек – возможно, это сам Грей – держащий в руке провод от катушки, а другой рукой прикасающийся к жести.
Передатчик посылает два разных слышимых тона, которые воспроизводятся жестяной пластиной приёмника, как только человек коснется её. Патентное бюро вначале отвергло эту заявку, так как в патенте не могла участвовать схема, включающая человека. Так Грей преобразовал человека в отдельный модуль, внутрь которого он помещал разные животные ткани, начиная от раковины устрицы и заканчивая выделанной кожей. В конечном итоге, его изобретение было запатентовано в феврале 1976 года.
К тому времени Грей продвинулся ещё дальше. Он расширил свой двухтоновый передатчик до двухоктавного устройства, которое могло передавать уже 24 звука разной высоты (две октавы) по телеграфной линии. Каждый тон генерировался единичным тоновым передатчиком, настроенным на определенную высоту. Грей часто использовал некоторые однотоновые передатчики внутри больших сложных устройств, способных на передачу составных тонов, таких как его двухоктавный передатчик и печатающий телеграф.
Музыкальный телеграф Грея давал возможность играть в две октавы, имея отдельные однотоновые осцилляторы. Поздние модели обладали простым тоновым колесом-контроллером. В 1874 году Грей разъезжал по США со своим изобретением, и даже воодушевил Белла на доработку его электрической арфы для передачи речи по телефонной линии, используя инструмент Грея в качестве основы.
Начиная с этого времени Элайша Грей знал, как сгенерировать и передать звук электрическим способом. Он задавался вопросом «а смогу ли я передать, скажем, аккорды или множество нот, либо других сигналов, по одной телефонной линии. » Для демонстрации передачи аккордов Грей построил банк из 8-ми осцилляторов с управлением от рояльной клавиатуры. Очень скоро эти технические демонстрации начали увлекать интересующихся музыкой людей. Так, Грей усовершенствовал двухоктавную версию «гармонического телеграфа» и демонстрировал ее чуть ли не на всей территории Соединённых Штатов. Успех генерации звука и его передачи изменили интересы Грея – вместо совершенствования сложной техники он заинтересовался самим звуком и, особенно, голосом.
Также Грей разработал особые приемники для замены малоудобной в использовании животной ткани. Его задумкой было улучшение телефонного приемника, разработанного Филиппом Рейсом. По мнению Грея, приемником Рейса служило устройство, в котором «катушка с проводом обмотана вокруг железной болванки, либо сердечника электромагнита. Если по ней пустить электрический ток, то упомянутая болванка будет немного удлиняться, и если эти токи будут сменять друг друга с достаточной скоростью, то вибрирующее движение перейдёт к болванке, что приведёт к образованию музыкального тона».
Во всех приёмниках Грея воплощён этот принцип и, следовательно, они способны воспроизводить каждый тон единовременно, но усиление вибрации сердечника электромагнита было реализовано различными способами. Например, Грей использовал различные полости для усиления звука. У него была идея использовать жестяной барабан, в комбинации с жестью он использовал также животную ткань, как описано в патенте, он также экспериментировал с металлическим листом и декой от скрипки. Он постоянно проверял каждый тип приемника на совместимость со своим двухоктавным передатчиком. Эти инструменты Грей демонстрировал несколько раз в Нью-Йорке и Вашингтоне в мае и июне 1874 года, и они вполне произвели впечатление на публику. После этого он вернулся домой, в Чикаго.
Грей утверждал, что до возвращения в Чикаго он работал над проблемой создания надёжного гармонического передатчика. Его двухоктавный передатчик теоретически мог быть использован для такой цели, но Грей считал, что он больше подходит для передачи сложных тонов, чем одиночных посланий. Проблему передатчика он решил, используя «обычный электромагнит и язычок от часовой пружины, один конец которого зафиксирован на одном полюсе магнита, а другой свободен и находится над другим полюсом на коротком расстоянии от него, так как располагается якорь».
Каждая из этих пружин может быть настроена на конкретную частоту. Эти пружины производят качественный тон в течение короткого времени, «но незначительное изменение настройки, даже дребезжание стола, могут прерывать колебания и быть причиной того, что нота аккорда или октавы может «уплыть» от основного тона».
У Грея была идея конфигурации язычка таким образом, чтобы он служил как в качестве передатчика, так и в качестве приёмника.
Грей хотел запатентовать всё разнообразие передатчиков и приёмников, которые он придумал и которые могли бы использоваться в различных сочетаниях. Манера работы Грея в этом и заключалась – он воплощал идеи для передатчика и приёмника множеством способов, проверял, и патентовал их комбинации.
А что же касается Белла и его изобретения. В эксперименте по передаче звука человеческого голоса по проводу он использовал жидкий передатчик-микрофон, который ранее придумал Грей и который даже не упомянут в патенте Белла. Также Белл использовал электромагнитный приёмник с металлической диафрагмой, который Грей публично демонстрировал несколькими месяцами ранее. Грей был бы официально признан изобретателем телефона, если бы Белл не подал заявку на патент всего лишь за несколько часов ранее до него.
Работа аппарата. Отрывок из оригинального патента.
В сопроводительных рисунках на фигуре 1 представлена схема части передатчика. На фигуре 2 – передняя сторона его же, а на фигуре 3 показан монтаж составных частей, который доходчиво иллюстрирует мое изобретение.
Передающий аппарат смонтирован, как принято, на основании А. Катушка индуктивности (В) обычной конструкции содержит первичную и вторичную обмотки. Общий вибрирующий электротом (С) имеет свою собственную прерывающую пружину (а) определённой длины и толщины, настроенную таким образом, что своей вибрацией производит музыкальный тон определённой высоты.
Очевидно, что аппарат может работать с одним электротомом, высота тона которого настраивается. Но если необходимо использовать разные по высоте тона, то я предлагаю использовать набор элетротомов, настроенных на колебания определённой частоты.
Два электротома С и С1, идентичной конструкции и настроенные на разную частоту, показаны на рисунке. По некоторым причинам я предлагаю использовать комплект электротомов, которые дают тоны диапазоном в две и более октавы. Эти электротомы размещены в первичной обмотке катушки индуктивности и в процессе работы возбуждают вторичные токи или импульсы, равные числу колебаний в пружине электротома.
Обычный телеграфный ключ, расположенный в первичной цепи, замыкает и размыкает контакт с батареей. Каждый электротом должен иметь соответствующий ключ. На рисунке изображены два ключа D и D1, соединённые, так же как и электротомы, в первичной цепи.
На фигуре 3 показан монтаж схемы. Основная схема F соединена с батареей Е и проходит через ключи D и D1, магниты элеткротомов и первичную обмотку катушки индуктивности В. Одна клемма вторичной цепи G тянется от катушки индуктивности к приёмной станции, через животную ткань к соответствующему резонансному проводнику электричества, в данном случае это полый металлический цилиндр (Н), который соединён с землёй. Другой контакт (I) катушки индуктивности заземлён обычным способом.
Животная ткань, находящаяся между проводами и звучащим приемником, завершает схему. На схеме, показанной на рисунке, этой тканью является тело телеграфиста, который должен быть изолирован от земли. Но возможно использование и другого вещества, обладающего особыми свойствами для передачи электричества. Вещество должно быть мягким и эластичным и иметь поверхность с хорошим электрическим сопротивлением.
Подобными характеристиками обладает кожа человека, кожаные изделия, смоченные подкислённой водой; плоть животных, покрытых перепончатой оболочкой; кожа свиньи, особенно куски, взятые с уха или хвоста; кожаные перчатки, и некоторые другие субстанции, которые можно и не перечислять, так как они не обладают такими хорошими свойствами, как уже перечисленные.
Работа прибора состоит в следующем.
Например, если пружина электротома, прерывающая цепь, вибрирует с частотой 128 колебаний в секунду, то звучит тон, известный как «основное до». Пока чередующиеся импульсы с указанной частотой индуцируют ток во вторичной цепи индукционного аппарата и передают сигнал через животную ткань, как часть указанной схемы, к приёмнику, то приёмник зазвучит с такой же частотой.
Металлический лист с натянутой металлической струной над резонирующей полостью, такой например, как дека обычной скрипки, может быть использован с хорошим эффектом для передачи вибраций, вместо упомянутого выше пустотелого цилиндра.
Из вышеизложенного следует возможность получения музыкальных тонов на передающей станции и одновременного получения тех же тонов на приёмной станции независимо от расстояния. При одновременном, или последовательном, нажатии двух или более клавиш, полученная гармония или мелодия будет передана на приёмную станцию.
Вызывающие индукцию вторичные токи прерывания в основной цепи могут быть получены с помощью прерывателя, обладающего необходимой скоростью. Таким прерывателем может быть вращающееся колесо или колеблющийся язычок от органа с контактными точками. При вибрации язычка будут передаваться импульсы той частоты, которая соответствует издаваемой органом ноте.