電報發(fā)明以后，自然有許多人想到，能不能用電流傳遞聲音呢？但在技術(shù)上這比傳遞電報信號要困難得多。傳遞電報基本上是一個電的過程，發(fā)送和接收的都是電碼，也就是長短不同的電脈沖；而傳遞聲音則需要聲電轉(zhuǎn)換和電聲轉(zhuǎn)換過程，發(fā)送時先要將聲音轉(zhuǎn)換成連續(xù)的電信號，接收時還要再將電信號還原為聲音。
最早進行用電傳聲實驗的是法國科學(xué)家布素爾。1854年巴黎博覽會期間，布素爾用一根導(dǎo)線將遠在兩地的兩塊容易顫動的薄板連接起來，并通以電流。這時，他在一塊薄板的近側(cè)發(fā)聲，使聲浪振動薄板，薄板的振動又使導(dǎo)線上的電流斷斷續(xù)續(xù)地傳到遠處的另一塊薄板上，這塊薄板就會得到同樣的振動而發(fā)聲。他的實驗雖沒有完全成功，卻起到了很大的示范作用，并向我們揭示了用電傳聲的基本原理。聲音的本質(zhì)是空氣的振動，用電傳聲就是要把這種空氣的振動轉(zhuǎn)變成電流或電壓的變化，再通過電線傳送出去，接收時再把電流或電壓的變化轉(zhuǎn)變回和發(fā)送時同樣的空氣的振動，發(fā)出聲音。
1860年，德國科學(xué)家李斯仿照人耳的結(jié)構(gòu)成功地制作了一套送話裝置，并且用它發(fā)送了一段音樂。這套送話裝置在美國紐約展出時，引起了人們的極大關(guān)注。李斯教授把他的裝置命名為Telephone，英語中電話一詞由此而來。
但這種電話機還很不完善，由于送話器產(chǎn)生的電流是不連續(xù)的，所以傳過來的聲音也就斷斷續(xù)續(xù)，聽不清楚。盡管如此，李斯的嘗試仍然是電話發(fā)明史上跨時代的重要一步，為后來的發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。今天，我們在萊茵河畔的法蘭克福市仍可以看到一座為表彰李斯對于電話發(fā)明做出的杰出貢獻而建立的紀(jì)念碑。
在李斯之后，電學(xué)領(lǐng)域涌現(xiàn)了兩個杰出的發(fā)明家，一個叫亞歷山大·格雷厄姆·貝爾，另一個叫伊利沙·格雷。這兩個生活在同一時代的發(fā)明家并不相識，他們各自獨立地發(fā)明了電話機，并為發(fā)明權(quán)的歸屬問題打了十幾年的官司。
貝爾1847年出生在英國北部城市愛丁堡。他的祖父和父親都從事聾啞兒童的教育工作，所以對聲學(xué)很有研究。受他們的影響，貝爾從小就迷戀上了語音學(xué)。貝爾23歲那一年，全家移居到了加拿大，以后又移居到美國馬薩諸塞州的波士頓定居。在這里貝爾繼承了父業(yè)，在波士頓大學(xué)里擔(dān)任語言生理學(xué)教授，繼續(xù)從事對聾啞人的教育工作。后來他和父親一起開設(shè)了一所聾啞學(xué)校。在學(xué)校里那些聾啞兒童有耳朵卻聽不見聲音，這使善良的貝爾感到很難過，于是他產(chǎn)生了發(fā)明一種儀器的念頭，他希望這種儀器能使聾啞人“看”到別人在說什么。
貝爾的設(shè)想并沒有取得成功，可是他在實驗時卻發(fā)現(xiàn)了其它一些東西。他在許多實驗中發(fā)現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象：當(dāng)開啟或關(guān)斷銅線圈中的電流時，線圈由于振動就會發(fā)出聲音。這是一個非常普通的現(xiàn)象，許多人在實驗中都曾經(jīng)遇到過，但誰也沒有對它做進一步的思考，只有貝爾敏銳地感覺到了它的價值。一個大膽的想法在貝爾頭腦中產(chǎn)生：“電流可以使線圈振動而發(fā)出聲音，那么能否利用電流來傳遞人說話的聲音呢？”盡管這個念頭只是一閃而過，但貝爾卻把它牢牢抓住了，再也沒有放走它。
于是貝爾改變了研究方向，開始進行電話的實驗。開始時，實驗并不順利，盡管貝爾反復(fù)改進他的裝置，卻仍然一無所獲。這是因為貝爾只是個語音學(xué)教師，雖然他有著豐富的聲學(xué)知識，對電磁學(xué)卻所知甚少。這時候，一些諷刺、挖苦的議論也出來了，一位有名的電報技師就曾用嘲笑的口吻對貝爾說：“閣下真是異想天開，電線怎么能傳遞聲音呢？只要稍微懂點電學(xué)常識，就不會有這種想法，我看你還是先學(xué)點電學(xué)知識吧。”
就在貝爾感到最困難并且自己都有些動搖的時候，一位電學(xué)大師給予了他熱情的鼓勵和堅定的支持，貝爾才得以沿著自己的發(fā)明道路繼續(xù)走下去。這個人就是約瑟夫·亨利，高頻電磁振蕩現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)者。1875年3月的一天，貝爾帶著他的設(shè)想來到了華盛頓，登門拜訪了大名鼎鼎的亨利。貝爾向亨利介紹了自己的想法，亨利聽過后很為這個年輕人的熱情所感動，他鼓勵地說：“貝爾先生，你有一個偉大的設(shè)想，干吧！”貝爾又問：“但是先生，我缺乏電學(xué)知識，機械知識也不很精通。”“學(xué)吧！”亨利教授拿出李斯的電話機模型給貝爾看，鼓勵貝爾去發(fā)明一個更完善的電話機來。
“干吧！”“學(xué)吧！”這兩個字給了貝爾巨大的力量和堅定的信心。貝爾后來回憶說：“如果沒有亨利先生的鼓勵，我恐怕早已經(jīng)支持不下去了。”由此我們可以看出亨利這位偉大學(xué)者的高尚品德，他不因貝爾只是一個對電磁學(xué)缺乏了解的年輕人，就認為他的想法荒唐可笑，而是給予了充分的肯定和支持。如果亨利對貝爾的想法不加思索地加以否定，那么世界通信史也許就不會是現(xiàn)在這個樣子了。實際上，世界上曾有許多有才華的青年，就是因為沒有遇到象亨利這樣的名師的指點，因而沒能充分展現(xiàn)他們的才能，并最終湮沒在了蕓蕓眾生之中。
貝爾滿懷信心地回到了波士頓，他找來了一位名叫托馬斯．沃森的青年電學(xué)技師來做他的助手。兩個人一邊學(xué)習(xí)，一邊實驗，又開始了電話機的研究工作。兩個人在兩間簡陋的小屋里，一邊畫草圖，一邊制作樣機，每天都不停地干到很晚。幾個月過去了。他不知試過了多少種方案，效果仍然不理想。1875年6月的一天，一次偶然的事故為他們打開了勝利之門。事情是這樣的：這一天他們分別在兩個屋子里進行實驗，沃森那間屋子的機器上一根彈簧突然被粘在了磁鐵上，沃森過去把彈簧拉開，這時貝爾發(fā)現(xiàn)另一間屋子的機器上的彈簧也跟著振動起來，并發(fā)出了聲音。這個偶然事件象流星劃破夜空一樣，一下子照亮了貝爾困惑多時的頭腦，他產(chǎn)生了一個新的構(gòu)想：如果對著鐵片說話，聲音就會引起鐵片的振動。在鐵片后面放上一塊繞有線圈的磁鐵，鐵片振動時就會在導(dǎo)線中產(chǎn)生時大時小的電流。這個振動電流順著導(dǎo)線傳到另一端，會使一塊磁鐵同樣振動起來，并發(fā)出聲音。這樣，一方的話音就可以傳到另一方去了。貝爾將他的想法告訴了助手沃森，于是兩個人開始制作起新的電話裝置來。
1876年3月10日，是具有紀(jì)念意義的一天。這一天，貝爾和沃森象往常一樣，早早地來到實驗室，進行他們新的一天的工作。他們剛剛把線路拉好，貝爾一不小心，浸泡設(shè)備的硫酸濺到了腿上，他痛得忍不住大叫起來：“沃森，快來幫我！”另一個房間中的沃森竟從電話中聽到了貝爾的喊聲，他簡直不敢相信自己的耳朵，急忙跑過來向貝爾報告了一這情況。貝爾忘記了腿上的疼痛，親自跑到另一房間試聽，果然聽見了沃森發(fā)出的聲音。貝爾萬分激動，他們終于獲得了成功。成功來的是那么的突然，卻又是那么的必然，堅持不懈的努力終于獲得了回報。一時間，所有的苦惱、所有的艱辛、所有的痛苦在這巨大的喜悅面前都顯得微不足道了。“沃森，快來幫我！”就是這句求助聲成了人類利用電話所傳遞的第一句話。貝爾在給他母親的信中寫道：“對于我來說，這是一個重大的日子，……朋友們各自留在家中，不用出門也能互相交談的日子就要到來了”。
1876年5月，美國在費城舉辦紀(jì)念獨立一百年博覽會。貝爾把他剛剛發(fā)明出來的電話機帶到了博覽會。開始人們并沒有注意到這個不起眼的小東西，直到博覽會的最后一天，巴西國王彼德羅應(yīng)邀前來參觀，國王對貝爾的發(fā)明很好奇，就拿起聽筒放在耳朵上，“國王陛下，歡迎您來參觀。”當(dāng)他從聽筒里聽到聲音后不禁大聲驚呼：“��！我的上帝，它說話了！”國王的喊聲一下子驚動了整個博覽會上的人們，電話機成了人們關(guān)注的中心。經(jīng)過專家們的鑒定，電話機成了這屆博覽會最重要的成果。博覽會的評委之一威廉·湯斯森爵士寫道：“……有了這種設(shè)計精巧、功效顯著的裝置，我們完全可以滿懷信心地期待著貝爾先生將給我們帶來傳送話音的方法，可以將歡聲笑語盡情地通過導(dǎo)線送入數(shù)英里之外的千百只耳朵里。”
通過這屆博覽會，貝爾和他的電話機一下子名聲大噪，但仍有很多人對電話機存有偏見和疑慮，以為電話只不過是和兒童玩具差不多的東西。電報公司怕害電話機的出現(xiàn)會影響電報的地位，對貝爾的發(fā)明竭力詆毀。面對種種非難，貝爾毫不氣餒，他心里只有一個想法：讓事實來說話。為了推廣他的發(fā)明，貝爾在美國各大州以及世界各地奔走宣傳，巡回表演。甚至新婚的蜜月旅行期間也不忘帶上他的發(fā)明去給英國女王演示。在他不遺余力的努力下，人們終于逐漸認識到了他的發(fā)明的巨大作用。到了1878年，貝爾在波士頓與紐約之間架設(shè)了世界上第一條320公里長的長途電話線，電話開始進入千家萬戶，為廣大民眾服務(wù)。1880年，貝爾電話公司成立了，電話事業(yè)得到了迅猛的發(fā)展。到1910年，僅在美國電話機數(shù)量就已經(jīng)超過了700萬部。在世界各地，我們到處都可以聽到電話鈴聲。正如貝爾自己所說，電話是“永不間斷的歌聲。”
貝爾因為他的杰出貢獻和高尚的品格，得到了全世界人們的敬仰。1922年8月2日，75歲的貝爾去逝了。在為貝爾舉行葬禮期間，全美國2000萬部電話全部沉默了，人們以此來表示對這位偉大發(fā)明家的哀悼和懷念。直到今天，在波士頓司法大街109號當(dāng)年貝爾發(fā)明電話的房間門口，還釘著一塊銅牌，上面寫著：“1875年6月2日，電話在此誕生。”
貝爾電話機的原理到底是什么呢？為了能說明清楚，我們先來談一談聲音是怎么回事。我們可以說是生活在一個聲音的世界里，無時無刻、無處無地不存在著聲音。彈奏樂器可以發(fā)聲，機器發(fā)動可以發(fā)聲，物體碰撞也可以發(fā)聲，為什么呢？因為他們有一個共同的特性——振動。如果我們用手去摸正在發(fā)聲的物體，比如剛剛敲過的銅鑼或正在響著的電鈴，我們就會感覺到它的振動�？梢娐曇羰俏矬w振動產(chǎn)生的。聲音又是怎樣傳播的呢？是靠空氣作為媒介。當(dāng)物體振動時會不斷推動周圍空氣運動，也就是說物體把振動傳遞給了周圍空氣，于是這種振動就在空氣中傳播開去，就象在平靜的湖面上投進一粒石子，水波就會以石子的落點為中心向四周湖面?zhèn)鞑ラ_去一樣。當(dāng)空氣的振動傳到我們耳朵里時，耳內(nèi)的鼓膜也隨著振動起來，周圍的神經(jīng)感受到這種振動并把它傳到神經(jīng)中樞，于是我們就聽到了聲音。
為什么不能直接利用聲音進行通信呢？因為聲音在空氣中傳播能量損耗很大，不能傳播到很遠的距離。我們有體會，當(dāng)說話人距離較遠時，他的聲音也就模糊不清了。
現(xiàn)在我們來看一看貝爾電話機是怎么工作的。貝爾的電話機可以分成兩部分：送話器和受話器。
送話器上面蓋有一片薄薄的有彈性的金屬膜片，膜片下面是裝有導(dǎo)電粒子的金屬盒，金屬盒并不直接與導(dǎo)電粒子接觸，而是通過中間的導(dǎo)電粒子才能接通。導(dǎo)電粒子有一個特性：當(dāng)他們之間的接觸比較疏松時，導(dǎo)電能力就減弱，對電流的阻力增大。我們對著送話器說話時，聲波產(chǎn)生的壓力使金屬膜片產(chǎn)生振動，膜片下面的導(dǎo)電粒子也就隨著膜片的振動時緊時松，它所呈現(xiàn)的電阻也就時小時大。如果在送話器兩端加上恒定電壓，根據(jù)歐姆定律I=V/R，I是電路中電流，R電阻，V是電壓，那么流過導(dǎo)線的電流就會隨著導(dǎo)電粒子電阻的變化而變化，也就是隨著膜片的振動而變化。從根本上說，就是隨著我們?nèi)苏f話聲音的強弱聲調(diào)的高低而變化。這種電流的變化就可以通過導(dǎo)線傳遞到較遠的地方。
受話器內(nèi)部也有一個金屬膜片，安置在一塊馬蹄形電磁鐵上。當(dāng)送話器產(chǎn)生的振動電流沿導(dǎo)線傳遞過來后，就要流過電磁鐵上的感應(yīng)線圈，變化的電流就會使電磁鐵產(chǎn)生變化的磁場。由于受到電磁鐵變化的吸力，金屬膜片會產(chǎn)生和電流振蕩頻率相同的振動，并激起周圍空氣振動，因而還原出說話人的聲音。
