Telefon

Ein Telefon verwandelt die Schwingungen der Stimme in einen schwankenden elektrischen Strom, schickt ihn durch einen Draht und macht am anderen Ende wieder Schall daraus. Alexander Graham Bell ließ es im März 1876 patentieren; zwei Jahre später waren seine Magnettelefone im kommerziellen Einsatz, und mit Kohlemikrofonen und Vermittlungsstellen entstand bald ein öffentlich zugängliches Telefonnetz.

Was es ist

Ein Telefon überträgt die Stimme selbst über ein Drahtpaar. Ein Sender verwandelt die Druckwellen der Stimme in einen elektrischen Strom, dessen Stärke den Schwankungen des Schalldrucks folgt; ein Empfänger am anderen Ende bewegt mit diesem Strom eine dünne Platte und erzeugt den Schall neu.

Die Tafel zeigt eines von Bells Handtelefonen von 1877 und 1878, ein gedrechseltes Holzgerät, das wegen seiner Form den Spitznamen Butterstamp, Butterstempel, erhielt. Dasselbe Gerät diente zum Sprechen und zum Hören, und es arbeitete ohne Batterie: Die Stimme selbst erzeugte den Strom.

Wie es funktioniert

Das Schnurtelefon überträgt den Schall mechanisch: Die Stimme bringt den Boden einer Dose zum Schwingen, die gespannte Schnur den der anderen.

Im Holzgehäuse des Butterstamp liegt ein Stabmagnet aus Stahl, der den ganzen Griff durchzieht. An seinem vorderen Ende sitzt ein kurzes Polstück aus Weicheisen, umwickelt mit einer Spule aus feinem isoliertem Kupferdraht. Direkt vor dem Pol, durch einen Spalt von Bruchteilen eines Millimeters getrennt, ist eine dünne Eisenscheibe, die Membran, an ihrem Rand hinter der Muschel eingespannt. Die beiden Spulenenden führen zu Klemmen an der Rückseite, und von dort läuft ein Drahtpaar zum anderen Telefon.

Spricht jemand in die Muschel, steigt und fällt der Luftdruck auf der Membran, und die Membran schwingt geringfügig hin und her. Jedes Mal, wenn sie dem Pol näher kommt, geht mehr vom Feld des Magneten durch das Eisen, entfernt sie sich, weniger. Ein sich änderndes Magnetfeld in einer Spule erzeugt darin eine Spannung, also schickt die Spule einen schwachen Wechselstrom auf die Leitung, der dem Verlauf der Schallwelle folgt.

Im Kohlemikrofon presst die Membran eine Kapsel mit Kohlekörnern zusammen, sodass der Strom einer Batterie mit der Stimme schwankt.

Am anderen Ende fließt derselbe Strom durch die Spule des zweiten Telefons. Er verstärkt oder schwächt den Zug des Dauermagneten auf dessen Membran, die sich deshalb im Takt der Membran des Sprechers bewegt und die Luft davor in Schwingung versetzt. Die gesamte Energie kommt aus der Stimme, daher ist der Ton leise und die Reichweite gering. Ab Ende der 1870er-Jahre erhielten Telefone ein Kohlemikrofon: Die Membran drückt auf Kohle, deren elektrischer Widerstand sinkt, wenn sie zusammengepresst wird. So verändert die Stimme den Strom einer Batterie, statt ihn selbst zu erzeugen, und das Signal wird viel lauter.

Wie man es baut

Zwei kleine Lautsprecher zeigen dasselbe Prinzip, die umkehrbare Verbindung von Schall, Bewegung und Strom. Gebaut sind sie anders als Bells Gerät: Im Lautsprecher sitzt die Spule an der Membran und bewegt sich mit ihr im Feld eines Magneten, während beim Butterstamp Spule und Magnet stillstehen und nur die Eisenmembran schwingt. Miteinander verbunden ergeben zwei Lautsprecher ein Telefon ohne Batterie.

Teile besorgen. Nötig sind zwei gleiche kleine Lautsprecher mit 8 Ohm und 5 bis 8 cm Durchmesser, einzeln gekauft oder aus batteriebetriebenem Spielzeug ausgebaut, nachdem die Batterien entfernt wurden (niemals aus Radios oder anderen netzbetriebenen Geräten, auch nicht ausgesteckt: manche Teile bleiben geladen), und einige Meter zweiadrige Klingelleitung oder Lautsprecherkabel.

Verdrahten. An jedem Kabelende einen Zentimeter abisolieren. Eine Ader mit der ersten Klemme beider Lautsprecher verbinden, die andere Ader mit der zweiten Klemme beider, über Schraubklemmen oder durch Verdrillen und Abkleben der Verbindungen.

Sprechen. Zuerst mit einem kurzen Kabel probieren, dann das Kabel zwischen zwei Zimmern bei geschlossener Tür verlegen, damit der Partner einen nicht direkt hört. Laut und dicht an eine Membran sprechen, während er den anderen Lautsprecher ans Ohr hält; dann einen Draht lösen und es noch einmal versuchen, um zu prüfen, dass der Ton wirklich durch die Leitung kommt. Die Stimme ist leise, und das Ergebnis hängt von den Lautsprechern ab: Kommt nichts an, das Kabel kürzen oder Lautsprecher einer anderen Größe versuchen. Dann die Rollen tauschen: Jeder Lautsprecher dient als Sender und als Empfänger, wie der Butterstamp.

Vergleichen. Zusätzlich ein Schnurtelefon bauen, aus zwei Dosen oder Pappbechern und einigen Metern Schnur, die durch ein Loch in jedem Boden geknotet wird. Die Schnur straff und frei von Hindernissen halten und beide vergleichen.

Sicherheit. Diese Schaltung braucht keine Batterie und darf niemals an das Stromnetz oder an eine Telefonleitung angeschlossen werden, die beide gefährliche Spannungen führen. Offene Dosen haben scharfe Kanten: entgraten oder abkleben. Niemandem durch eines der Telefone direkt ins Ohr schreien.

Geschichte und Entwicklung

Schon vor Bell versuchten mehrere Erfinder, Sprache elektrisch zu übertragen. 1861 führte Philipp Reis in Frankfurt ein Gerät vor, das er Telephon nannte, das aber eine Kuriosität blieb. Antonio Meucci reichte 1871 eine Patentvoranmeldung für einen „Sound Telegraph“ ein und ließ sie 1874 verfallen; sein Anspruch auf Vorrang ist bis heute umstritten.

Bells Flüssigkeitssender vom März 1876: Die Stimme lässt die Membran schwingen, der Draht taucht mehr oder weniger tief in angesäuertes Wasser, und der Strom schwankt.

Bell, der damals in Boston arbeitete, meldete sein Patent am 14. Februar 1876 an, am selben Tag, an dem Elisha Gray eine Voranmeldung mit einer ähnlichen Idee einreichte; welches Dokument zuerst eintraf, ist umstritten. Das Patent Nr. 174.465 wurde am 7. März erteilt. Drei Tage später sprach Bell mit einem Flüssigkeitssender seinen ersten klar verständlichen Satz zu seinem Assistenten Thomas Watson. Bald gab er den Flüssigkeitssender zugunsten des Magnettelefons auf, das am 30. Januar 1877 patentiert wurde. Am 12. Februar 1877 hörte ein Publikum in Salem einen Sprecher in Boston, etwa 26 km entfernt.

Thomas Edison entwickelte 1877 einen Kohlesender, und Henry Hunnings verwendete in England lose Kohlekörner. Die erste kommerzielle Vermittlungsstelle eröffnete am 28. Januar 1878 in New Haven, Connecticut, mit 21 Teilnehmern, die von Hand an einem Klappenschrank verbunden wurden. Mit Almon Strowgers automatischen Vermittlungen konnten die Teilnehmer ihre Verbindungen später selbst herstellen, ab 1896 bequemer mit einer Wählscheibe. In den 1950er-Jahren standen in den Vereinigten Staaten mehr als die Hälfte aller Telefone der Welt.