Introduktion
Alexander Graham Bell er en af de mest berømte opfindere i videnskabshistorien og er for altid forbundet med telefonen. Vidste du imidlertid, at telefonen hverken var hans første eller sidste innovation?
Hans Photophone og Graphophone var lige så vigtige for udviklingen af kommunikationsteknologier fra stemme til stemme. Men hvem var Alexander Graham Bell egentlig? Hvordan udviklede han sine evner og sin passion for opfindelser?
Kald mig Alexander Graham Bell
Den 6. marts 1847 bragte avisen Scotsman nyheden om fødslen af Alexander Bell, søn af Eliza og Alexander Melville Bell, til indbyggerne i Edinburgh. Tilfældigvis annoncerede avisen også den kommende ankomst af en telegraflinje, som ville fremskynde kommunikationen mellem London og Edinburgh. Alexander Bell, der kom fra en lang række Alexanders (både hans far og hans bedstefar svarede til dette navn), var kendt som “Aleck”, da han blev berømt som telefonist. Da han var ti år gammel, fik Aleck Bell i sin husstand en ung logerende ved navn Alexander Graham. Denne unge mand havde været elev af Alexander Melville og tiltrak sig Alecks respekt og beundring. Aleck var bedrøvet over, at begge hans brødre havde to fornavne, mens han kun havde ét, og han var beundrende over husstandens unge logerende og bad om et nyt navn til sin ellevte fødselsdag. Hans far efterkom dette ønske, og den 6. marts 1858 hævede han sit glas for at skåle for fødselsdagsbarnet og døbte ham nyligt Alexander Graham Bell.
Kald til tjeneste
I 1858 købte Alexander Melville (kaldet Melville) og Eliza Bell et behageligt rustikt to-etagers stukkaturhus i Trinity, som ligger i nærheden af Edinburgh. Deres naboer i Trinity omfattede en livlig familie ved navn Herdman, som drev en nærliggende melmølle. Der er bevaret en række fotografier fra denne og andre perioder af Alecks liv, hvilket skyldes Melvilles smittende fascination for fotografering. I hans tidlige teenageår afslører fotos og beskrivelser, at Aleck var høj, mørk og smuk, med en karakteristisk vane med at flikke sine lange lokker tilbage over skuldrene.
Den frække unge mand blev for første gang opfordret til at opfinde i en alder af 11 eller 12 år, da Aleck og Ben Herdmans larmende opførsel fik Bens far til irriteret at spørge drengene: “Hvorfor gør I ikke noget nyttigt?”. Aleck var fascineret af ideen og spurgte John Herdman, hvordan han kunne være til nytte. Manden svarede, at han havde brug for hjælp til at tage skallerne af hveden. Som svar herpå kombinerede Aleck en vindmølle-lignende maskine bestående af roterende skovle med en neglebørste og skabte en afskalningsmaskine, som blev sat i drift og brugt støt i en årrække. Mange år senere skrev Alexander Graham Bell om sin ungdom på melmøllen: “Så vidt jeg husker, var hr. Herdmans påbud om at gøre noget nyttigt min første tilskyndelse til at opfinde noget, og metoden til rensning af hvede var den første frugt.”
Alt i familien
Alexander Grahams bedstefar, Alexander Bell*, havde en forkærlighed for skuespil. Selv om han aldrig blev en berømt skuespiller, lærte han i de små roller, han fik i teaterstykker i Edinburgh, hvordan han skulle kontrollere sin vejrtrækning og projicere sin stemme. Med en imponerende scenetilstedeværelse og en kraftig stemme besluttede han sig for at etablere sig som underviser i talekunst. Da hans ægteskab med Elizabeth Bell gik i stykker, tog Alexander Bell til London med sine to sønner i slæb. Melville og David fulgte i deres fars fodspor og hjalp ham i hans forsøg på at undervise i talepædagogik og begyndte selv at praktisere det. Melvilles studier i talepædagogik bragte ham tilbage til Edinburgh, hvor han mødte Eliza Gray Symonds. Elizas døvhed vakte hans sympati, og hendes muntre opførsel vakte snart hans beundring. Eliza var en maler af miniaturer og en dygtig pianist, og lidt mindre end et år efter at de havde mødt hinanden, blev hun og Melville gift.
Eliza underviste sine tre sønner, Melville (“Melly”), Alexander Graham (“Aleck”) og Edward (“Ted”), i de konventionelle fag som læsning og regning samt tegning, maleri og klaverspil. Drengene kommunikerede med hende ved hjælp af engelsk tohånds-tegnsprog og ved at tale i hendes klodsede øre-trompet. Aleck var den eneste, der fandt på en metode til at kommunikere med sin mor, idet han lænede sig tæt ind til hendes pande og talte med en lav, velmoduleret stemme. I løbet af deres liv gik Aleck og Melly ofte sammen om at arbejde på videnskabelige opfindelser. Ted deltog desværre ikke i sine brødres videnskabelige eksperimenter; han døde af tuberkulose som 18-årig.
*Interessant at bemærke: I 1847 skrev Alexander Bell et skuespil med titlen The Bride (Bruden), der hylder værdien af gode manerer. Stykket passerede gennem hans søn, David, på vej til Davids søn Chichester og til sidst til Chichesters nærmeste ven, George Bernard Shaw. Bells stykke var inspirationen til Shaws succes, Pygmalion, som senere blev bearbejdet af Rogers og Hammerstein til den elskede musical My Fair Lady. I forordet til Shaws stykke krediteres Bell-familien, og rammen for professor Higgins’ laboratorium er den samme gade, hvor Alexander Bell arbejdede som instruktør i tale.
The Speaking Machine
Opført under indflydelse af sin far blev Aleck involveret i forretningen for talekunst. Mens han og hans bror var ved at afslutte deres studier, udfordrede deres far dem til at udvikle deres egen forbedrede version af talemaskinen. Den tidligste version af talemaskinen stammer tilbage fra det attende århundrede, og i 1820’erne blev en mere moderne version skabt af Charles Wheatstone. Deres forståelse af det menneskelige talemønster, stemmeboksen og membranen hjalp Alexander Graham og hans bror, Melly, med at tage deres fars udfordring op, og drengene brugte lærebøger til at lære om anatomi og tale. Det endte med, at de fandt frem til en fungerende talemaskine, efter at de undervejs havde fået uvurderlig viden om talens organer og den menneskelige stemmes fysiologi. Denne viden skulle hjælpe Alexander i hans senere udvikling af telefonen.
Ignorance is Bliss
Hermann von Helmholtz, hvis opfindelser bidrog til den videnskabelige renæssance i det 19. århundrede, udviklede en maskine, der genererede vokallyd. Alexander Graham Bell undersøgte dette apparat, som brugte regulering af stemmegaffelvibrationer til at generere lydene. Selv om Bell vidste en hel del om vokallyde, vidste han næsten intet om elektricitet. Denne mangel på viden fik ham til at danne sig den fejlagtige opfattelse, at Helmholtz’ maskine rent faktisk overførte vokallyd, mens den i virkeligheden kun producerede dem. Uanset hvor fejlagtig denne spændende idé var, fik den Bell til at teoretisere, at hvis vokallyd kunne overføres via elektriske ledninger, kunne konsonantlyde og lyde i almindelighed også overføres. Bells engagement i at se denne opfindelse udvikle sig var i sidste ende med til at drive hans beslutsomhed til at konstruere telefonen.
Best of Philly
Forud for at perfektionere telefonen opfandt og demonstrerede Alexander Graham Bell den harmoniske telegraf på Centennial Exposition i 1876, der blev afholdt i Philadelphia’s Fairmount Park. Den daværende kejser af Brasilien, Dom Pedro II, deltog i udstillingen. Bells største rival, Elisha Gray, præsenterede også en opfindelse på denne udstilling. Bells apparat var det sidste, der blev vurderet af kejseren og andre fremtrædende dommere. Efter at have opstillet sin opfindelse i East Gallery indtog Bell sin stilling i den ene ende af rummet, mens kejseren bøjede sig over en modtager, der var placeret i den modsatte ende. Bell sang i sin modtager og begyndte derefter at recitere Hamlets velkendte monolog “At være eller ikke være”. “Aye, there’s the rub,” sagde han i den ene modtager, mens kejseren begejstret gentog de Shakespeare-vers, som han hørte i den anden ende af rummet.
A Labor of Love
Alexander Grahams far, Melville Bell, skabte et fonetisk system kaldet Visible Speech og opnåede et arrangement, der reducerede hver lyd til en visuel repræsentation. Han brugte en hesteskoform til at repræsentere tungen og manipulerede dette billede til at repræsentere forskellige bevægelser af munden og dermed forskellige lyde. Alexander Graham rejste til Boston for at udbrede sin fars system af Visible Speech, hvor han mødte Gardiner Greene Hubbard. En af Hubbards døtre, Mabel, havde mistet sin hørelse efter et alvorligt anfald af skarlagensfeber, men med hjælp fra hendes lærerinde og guvernante Mary True udviklede hun sin tale. Mary True og Alexander Graham Bell lærte hinanden at kende i kredsen af talekunstnere i Boston, og som sekstenårig præsenterede Mary True sin unge elev for Alexander Graham.
Breve fra Mabel til sin mor afslører det spirende forhold mellem hende selv og “Mr. Bell”. Mabel fortæller, at Alexander fortalte hende, at hun havde en naturlig sød stemme, og at hun gik gennem silende regn for at komme til undervisning med ham: “Jeg ville ikke miste en lektion, når hver lektion koster så meget”. Da de mødtes i 1873, var Mabel kun 15 år gammel, og i 1877 blev de gift. Brylluppet var en ydmyg familiesag og fandt sted på en varm juliaften i Hubbard-villaen. Parret sagde “ja” i det samme rum, hvor Alexander Graham først stiftede bekendtskab med Mabel. I juli 1877 blev Bell Telephone Company også grundlagt, der startede som en frivillig forening, der ikke var registreret som en juridisk person. På trods af sine forretningsprojekter og videnskabelige gennembrud tog Bell sig tid til at fortsætte sit arbejde med døve mennesker. Han kom bl.a. i kontakt med Annie Sullivan, og han var en af de lærere, der arbejdede med Helen Keller. I 1918 skrev Helen til Bell: “Du har altid vist en fars glæde over mine succeser og en fars ømhed, når tingene ikke er gået godt.”
Holdt sig for sig selv
Dokumenter afslører en skriftlig diskussion mellem Franklin Instituttets sekretær og Alexander Graham Bell, hvor sekretæren beder om titlen på den tale, Bell vil holde, når han modtager sin Elliot Cresson-medalje. Bell svarer i en lidt bidende tone, at han spørger, om man kan undvære sådanne bemærkninger for at give ham mulighed for at hygge sig. Selv om Bell var en smuk mand, der ikke var bange for offentlighedens øjne, var han altid et ensomt væsen og blev det i stigende grad, efterhånden som han blev ældre. Når han arbejdede på opfindelser, blev han fuldstændig opslugt af sit arbejde, og han var også en sand natugle. Hans tanker var mest klare i de tidlige morgentimer, og han foretog ofte ensomme natlige vandringer. Han havde også for vane at spille klaver langt ud på natten, selv om denne ejendommelighed forstyrrede de andre medlemmer af hans husstand.
Kirurgisk stål
Den 2. juli 1881 blev præsident James A. Garfield skudt i ryggen, mens han slentrede gennem jernbanestationen i Washington. Den tidligere borgerkrigsgeneral var dengang niogfyrre år gammel og i fremragende fysisk form, og han fik det sår, som kuglen havde forvoldt ham. Alexander Graham Bell, der var kendt for de eksperimenter, han foretog med metaldetektorer i England, blev kaldt til præsidentens seng. Den metalsonde, som han og et hold assistenter arbejdede febrilsk på at perfektionere, lykkedes imidlertid ikke med at lokalisere den kugle, der sad i præsidentens ryg, og Garfield døde uger efter angrebet af en infektion. Fortvivlet over præsidentens alt for tidlige død arbejdede Bell utrætteligt på at skabe en effektiv kirurgisk sonde, og i oktober 1881 fandt han frem til en vellykket model. Han kaldte sin opfindelse for den telefoniske sonde, og universitetet i Heidelberg gav Bell en æresdoktortitel i medicin for hans bidrag til kirurgien. Telefonsonden skulle senere tilskrives dr. John H. Girdner, som var til stede ved Bells første demonstration af sonden og senere udgav en artikel, hvori han tog hele æren for opfindelsen.
Lettere vejrtrækning
Bells måske mest berømte opfindelse efter telefonien var det, han kaldte en vakuumjakke. Denne såkaldte vakuumjakke skulle blive almindeligt kendt som jernlungen, en anordning, der forlængede livet for ofre for polio under den polioepidemi, der rasede i slutningen af 1940’erne. Aleck begyndte at arbejde på denne maskine i kølvandet på sin søn Edwards død; drengen døde som spæd på grund af åndedrætsbesvær i spædbarnsalderen. Jernlungen var en lufttæt jerncylinder, som passede tæt omkring torsoen. Når patienten var spændt fast i cylinderen, pressede en sugepumpe luft ind og ud af “jernlungen”, hvilket stimulerede patientens egne lunger til at virke.
Gode vibrationer
Den 7. marts 1876 udstedte det amerikanske patentkontor Alexander Graham Bell patent nr. 174.465. Med titlen “Improvement in Telegraphy” kom dette patent til at blive beskrevet som det mest værdifulde patent, der nogensinde er udstedt. I 1912 anerkendte Franklin Institute Bells succes med at opnå elektrisk transmission af artikuleret tale med Elliot Cresson-medaljen.
Bells telefon var i stand til elektrisk at overføre artikuleret tale takket være samarbejdet mellem tre hoveddele: den bølgende strøm, elektromagneten og ankeret. I sit patent forklarer Bell, at elektriske unduleringer skabes ved “gradvise ændringer i intensiteten, der svarer nøjagtigt til de ændringer i luftens tæthed, der opstår ved simple pendulerede vibrationer”.
Bell forklarer, hvordan magneter kan frembringe en unduleret strøm, og beskriver interaktionen mellem en permanentmagnet og en elektromagnet. En permanent magnet er et stykke magnetisk materiale, der bevarer sin magnetisme, efter at det er fjernet fra et magnetfelt, mens en elektromagnet defineres som en magnet, der hovedsagelig består af en spole af isoleret tråd, der er viklet om en blød jernkerne, som kun magnetiseres, når der løber strøm gennem tråden. Når en permanent magnet nærmer sig polen på en elektromagnet, inducerer permanentmagneten en elektrisk strøm i elektromagnets spoler. Når den permanente magnet trækker sig tilbage, forårsager denne handling, at der opstår en ny strøm af modsat polaritet i ledningen. Hvis man får den permanente magnet til at vibrere foran elektromagneten, inducerer den en elektrisk strøm i elektromagnettets spoler, der svinger. Hvor hurtigt disse unduleringer gentager sig, svarer til hastigheden af magnetens vibrationer. Deres polaritet svarer til den permanente magnetens bevægelsesretning, og deres intensitet svarer til amplituden af magnetens vibrationer.
Undulationerne skyldes vibrationer eller bevægelser af legemer, der er i stand til at fremkalde handling. I tilfældet med telefonen er stemmen det organ, der er i stand til at fremkalde unduleringer. Bell afbilder et telefonkredsløb på en tegning, der ledsager hans patent, og som viser et kredsløb, hvor den ene armatur er på tværs af den anden. Hver armatur er løst fastgjort i den ene ende til en elektromagnet og i den anden ende til midten af en spændt membran. Der anvendes en kegle til at samle lydvibrationerne på membranen. Når en lyd bliver udtalt i keglen, sætter denne bevægelse membranen i vibration, og membranens vibrationer får igen ankeret til at tage del i bevægelsen. Ankerets bevægelse skaber så elektriske bølger på kredsløbet. Når disse vibrationer repræsenteres grafisk, ligner de i deres form de indledende vibrationer, der blev forårsaget af den lyd, der blev udsendt i keglen. En lyd, der ligner den lyd, der blev udtalt i keglen, kan således høres udgå fra keglen, der er fastgjort til den modsatte ende af kredsløbet.
Foto- og graftelefon
Fotofonen
I 1880 tildelte den franske regering Alexander Graham Volta-prisen på 50.000 francs (svarende til ca. 10.000 dollars på det tidspunkt) som anerkendelse for hans opfindelse af telefonen. Bell brugte pengene til noget godt og oprettede Volta Laboratory i Washington. Dette arbejdsplads skulle blive vidne til udviklingen af to vigtige opfindelser: fotofonen og graftelefonen. Fotofonen gjorde det muligt at overføre lyd via en lysstråle, en forløber for den moderne fiberoptik, og Bell mente, at dette apparat var hans vigtigste opfindelse. Han brugte fotofonen til at sende den første trådløse telefonbesked den 3. juni 1880.
Bells fotofon benyttede sig af den egenskab ved en selenkrystal, der gjorde dens elektriske ledningsevne afhængig af intensiteten af dens lyseksponering. Den transmitterende lysstråle blev skabt fra sollyset ved hjælp af et system bestående af et spejl, en linse og en celle til at fjerne varmestråling. Lysstrålerne lyste på et bevægelsesfølsomt spejl, som opfangede og reagerede på lydvibrationer. Spejlets bevægelse skabte forvrængninger i den lysstråle, som det reflekterede mod et parabolspejl, og dette spejl fokuserede det forvrængede lys på selen-detektoren i dets centrum. Detektoren reagerede ved at skabe tilsvarende afbrudte elektriske signaler. Disse signaler blev sendt til telefonens magnet og konverteret tilbage til lyd i modtageren på sædvanlig vis gennem en elektromagnet forbundet med en membran.
Bells fotofon havde aldrig længere rækkevidde end nogle få hundrede meter, og anordningen kunne heller ikke beskytte transmissionerne mod forstyrrelser udefra, f.eks. skyer. Disse ydre forstyrrelser forstyrrede transporten ved at blokere de lysstråler, der var nødvendige for transmissionen. Principperne i fotofonen blev anvendt af Guglielmo Marconi, da han med succes udviklede trådløs telegrafi.
Grafofonen
Grafofonen, der oprindeligt var kendt som fonografen, blev udviklet med henblik på optagelse og gengivelse af lyd. Dette blev først opnået af Thomas Edison i 1877, og i 1879 begyndte Alexander Graham Bell og hans lærling, Charles Sumner Tainter, at forbedre Edisons opfindelse. Bell blev først interesseret i fonografen som et potentielt hjælpemiddel til undervisning af døve. Han fandt imidlertid ud af, at de stanniolplader, som Edison brugte til at optage og gengive lyd, blev dårligere efter flere gange at være blevet brugt. Bell og Tainter satte sig for at undersøge, hvorfor det var sådan, og for at afhjælpe problemet.
Princippet bag både fonografen og grafofonen var at optage talevibrationer på en skive. Charles Tainter brugte et lettere stof end Edison til optagedisken og fandt ud af, at en voksplade skåret med en mejselformet stylus var i stand til at gengive høje lyde bedre end Edisons stanniolplade. Tainter skar voksen sidelæns, hvilket gav et zigzagmønster, som kontrollerede vibrationerne i den nål, der blev brugt til at afspille pladen. Dette var at foretrække frem for den op- og nedadgående bevægelse med Edisons nål. I sidste ende var Tainter og Bell ikke i stand til at fremstille en fuldt funktionsdygtig grafofon, og Tainter konkluderede, at deres forsøg med lateral skæring var mislykkedes, fordi zigzagrillerne var for store og deres pickup for tung i forhold til lydbølgernes energi.
Tainter og Bell var under tidsnød for at foretage forbedringer af grafofonen og indgive patenter for at få æren for disse forbedringer, før Thomas Edison kunne gøre det samme. Desværre blev deres arbejde afbrudt i 1881, da præsident Garfield blev skudt, og de arbejdede sammen med andre forskere for at udvikle et instrument til at lokalisere og fjerne kuglen. For at forhindre Edison i at finde ud af deres arbejde og for at sikre sig selv retten til et patent, hvis nogen lækkede oplysninger, pakkede Tainter og Bell alt deres arbejde med grafofonen ind i en blikæske, daterede og forseglede kassen og lagde den i en boks i Smithsonian Institution. Disse bestræbelser var i nogen grad forgæves, da det i sidste ende lykkedes Emile Berliner at opnå succes med lateral skæring i 1887.
Et spørgsmål om principper
Telefonen havde flere opfindere, som alle byggede videre på deres forgængeres innovationer. Bells patent nr. 174.465 både krediterede ham for opfindelsen af telefonen og skabte en kontrovers, som fortsat provokerer historikere, videnskabsmænd og forskere. Denne kontrovers er centreret omkring det faktum, at Elisha Gray samme dag, som Bell indgav sin patentansøgning, indgav et forbehold for en lignende opfindelse. Caveat bruges ikke længere i dag, men dengang var det et foreløbigt dokument, der blev indgivet for at beskrive en opfindelse, som i sidste ende ville blive genstand for en formel patentansøgning.
Den vigtigste lighed mellem Bells patent og Grays er, at de begge beskriver et “princip med variabel modstand” og beskriver en sender med flydende kontakt. Bell brugte en sådan væskesender til at demonstrere sin opfindelse på udstillingen i Philadelphia i 1876, der blev afholdt til ære for USA’s hundredeårs jubilæumsår. Han beskriver også både senderen og “princippet om variabel modstand” i sit patent. Denne sender består af en membran, en nål og et lille bæger med vand. Bægeret med vand er i stand til at lede elektricitet ved tilsætning af en smule syre. Talen projiceres på membranen, hvilket får membranen til at vibrere. Den påsatte nål bringes således til at vibrere i overensstemmelse med talen. Den vibrerende bevægelse får nålen til at dykke ind og ud af vandskåret, hvorved modstanden i batterikredsløbet varierer. Denne variation skaber den bølgende strøm, der er nødvendig for den elektriske overførsel af artikuleret tale.
Interesseret i at lære mere om Alexander Graham Bell? Få mere at vide om hans Cresson Award
Den alvorligste anklage mod Bell blev rejst, efter at hans patentansvarlige indrømmede, at han havde vist Bell det forbehold, som Elisha Gray havde indsendt. Denne forbeholdsskrivelse beskrev “princippet om variabel modstand”, som Bell endnu ikke havde udviklet på egen hånd. Beviserne tyder på, at Bell var i stand til at indarbejde Grays princip i sin egen patentansøgning, inden han indgav den: påstanden om variabel modstand er skrevet ind i margenen på Bells oprindelige patentansøgning. Selv om domstolene gav Bell medhold i sine krav og udnævnte ham til den retmæssige opfinder af telefonen, er beviserne tilbage, og kontroversen lever videre.
Den elektromagnetiske modtager, som Bell beskrev i patent nr. 174.465, er i det væsentlige den samme som de telefonmodtagere, der anvendes i dag, og denne egenskab er unik for hans patent. Bell blev beskyldt for at have stjålet Grays “princip om variabel modstand”, et princip, som var afgørende for udviklingen af senere elektriske taletransmittere. Selv om væske ikke anvendes i de nuværende modtagere, spillede (og spiller) “princippet om variabel modstand” en afgørende rolle for telefonens succes.
Anerkendelse
Franklin Institute tildelte Alexander Graham Bell Elliott Cresson-medaljen inden for ingeniørfaget i 1912 for “Electrical Transmission of Articulate Speech”. Få adgang til den endelige rapport fra komitéen for videnskab og kunst ved at klikke på miniaturebillederne nedenfor.
Degodtgørelsen af Franklin Institute Awards Program begyndte med en gave på 1.000 dollars fra Philadelphia filantropen Elliott Cresson til oprettelse af Cresson Medal i 1848. Læs mere om Elliott Cresson(PDF-fil, 3.2M), fra “The Franklin Institute Donors of the Medals and Their Histories.”
Credits
Alexander Graham Bell-projektet er muliggjort af støtte fra The Barra Foundation og Unisys.
Dette websted er udarbejdet af et internt specialprojektteam på Franklin Institute under ledelse af Carol Parssinen, Senior Vice-President for Center for Innovation in Science Learning, og Bo Hammer, Vice-President for The Franklin Center.
Medlemmer af det særlige projektteam fra afdelingen for undervisningsteknologi er:
Karen Elinich, Barbara Holberg, Margaret Ennis, Natasha Fedder og Jay Treat.
Særlige projektgruppemedlemmer fra kuratorafdelingen er:
John Alviti og Andre Pollack.
Projektets rådgivende bestyrelsesmedlemmer er:
Ruth Schwartz-Cowan, Leonard Rosenfeld, Nathan Ensmenger og Susan Yoon.