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第1339章 千裡傳音再進一步

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玉泉溪水電站的奔流轟鳴,如同這個新生工業時代強勁的心跳,日夜不息。

京城內外,電力驅動的機器越來越多,夜晚也越來越明亮。

但葉明和格物天工院(原格物院)的眾人並未停下腳步,電力網路的初步建成,隻是開啟了新世界的大門,門後還有無數房間等待探索。

一日,李承澤視察西郊新落成的“機器織造局”。

看著整齊排列、由電動機帶動的飛梭織機,將棉紗飛速織成細布,效率數倍於手工,他甚是欣喜。

臨行前,卻對陪同的葉明隨口問了一句:“葉師,電報瞬息千裡,固然神妙。然終需譯碼書寫,不及麵談便捷。此電既可傳符號,可否……直傳人聲?”

這句看似隨意的問話,卻在葉明心中激起了巨大的波瀾。直傳人聲——電話!這確實是電報之後,通訊技術發展的必然方向,也是真正能惠及更廣泛民眾的發明。

電報雖好,畢竟需要專門訓練的電報員和譯碼過程,對於絕大多數不識字或不懂電碼的百姓而言,仍有門檻。若能直接通話……

回到格物天工院,葉明立刻召集核心人員。

“太子殿下問,電可否傳人聲。諸位以為如何?”

眾人先是一愣,隨即興奮起來。徐壽捋著鬍鬚,眼中閃著思索的光芒:“電傳人聲……聲乃振動,電可傳訊。若能將聲之振動轉化為電之波動,再將電波還原為聲……原理上,似乎可行。院長之前所提‘電磁感應’,或許便是關鍵。”

“聲振如何轉為電訊?”林致遠追問。

“我有一想。”胡師傅拿起桌上一個薄銅片,“若將此銅片置於聲前,聲音傳來,銅片是否隨之振動?若在銅片後置一細針,針尖輕觸一包有碳粉的小囊,銅片振動帶動針尖,壓迫碳粉囊,其鬆緊變化,是否會引起通過其中的電流強弱變化?此變化之電流,或可模擬聲之振動!”

這個基於碳粒話筒原理的樸素設想,讓所有人精神一振。雖然細節粗糙,但方向極具啟發性。

聲波->機械振動->電阻變化->電流變化,這正是早期電話送話器的基本原理!

“接收端呢?”顧慎問,“變回去?”

“用電磁鐵。”徐壽接道,“變化的電流通過電磁鐵線圈,產生變化的磁力,吸引一片薄鐵片振動。這鐵片振動,便可推動空氣,重現聲音!”

送話器和受話器的基本原理框架,竟在短短一場討論中勾勒出來。當然,從原理到實用,還有十萬八千裡。

葉明當即拍板,成立“電聲研究組”,由徐壽掛帥,胡師傅、林致遠及數名精於機括和電磁的匠師參與,全力攻關“傳聲電話”。

首要難題便是送話器。胡師傅的碳粉囊想法很好,但如何讓碳粉均勻、敏感且穩定地隨壓力變化而改變電阻?

試驗了數十種碳粉粗細、囊膜材料,效果都不理想。要麼反應遲鈍,要麼噪音太大,要麼用幾次就失效。

一日,一個在旁協助的年輕學徒,在清洗實驗後的器具時,不小心將一些細石墨粉撒在了一塊加熱後變軟的硫磺塊上。

他驚慌地想擦掉,卻發現石墨粉嵌入了軟化的硫磺表麵,形成了一層不均勻的導電層。

他無意中用導線接觸這層石墨,輕輕按壓,萬用表(格物院自製的簡易測量儀器)上的電阻讀數竟然出現了明顯變化!

這個意外發現開啟了新思路。他們開始嘗試將細碳粉或石墨粉與融化的硫磺、橡膠甚至特製膠水混合,壓製成小圓片。

這種“碳阻片”的電阻會隨著施加在表麵的壓力(模擬聲壓)發生相對靈敏且穩定的變化。

雖然壽命和一致性仍是問題,但已經可以用於原理驗證。

接收端的電磁鐵和振動薄鐵片相對容易製作,難點在於如何將微弱的電流變化有效地轉化為足夠推動空氣的機械振動。

他們借鑒了樂器共鳴箱的原理,為振動鐵片加裝了木製或紙質的喇叭形共鳴腔,顯著放大了聲音。

慶平九年春,第一台勉強能用的“實驗電話”在格物天工院的兩個相鄰房間之間架設起來。線路是普通的電報銅線,電源用了兩節電池。

葉明在傳送端,對著那個簡陋的、連著碳阻片的銅碗形話筒,有些緊張地開口:“喂?”

聲音通過銅碗振動,壓迫後麵的碳阻片,引起線路中電流的微小波動。波動傳到接收端,通過電磁鐵驅動一片薄鐵片,鐵片振動推動麵前的紙製喇叭口。

接收房間裡的徐壽,將耳朵湊近喇叭口,隱約聽到了一聲模糊的、帶著明顯雜音的“歪……”。

“有聲音!但聽不清字!”徐壽激動地喊道。

儘管音質糟糕,詞不達意,但這微弱失真的聲音,無疑是從一根銅線裡“傳”過來的!第一次實驗,取得了突破性的進展——他們證明瞭“電傳人聲”在原理上完全可行!

接下來的幾個月,是枯燥而漫長的優化。碳阻片的配方和工藝不斷改進,目標是更靈敏、更穩定、噪音更小。

電磁鐵和振動片的材料和形狀反覆調整,紙喇叭換成了更符合聲學原理的木質喇叭。

線路從單線接地改成了雙線平衡傳輸,以減少乾擾。甚至嘗試了簡單的“變壓器”進行阻抗匹配,以傳輸更多能量。

到了夏天,相鄰房間的通話已經清晰可辨,雖然仍有雜音,但正常語速的短句已能聽懂。

他們開始嘗試更遠的距離,從院子這頭到那頭,再到格物天工院不同的建築之間。

距離一拉長,新問題出現了:訊號衰減。微弱的電流波動經不起長距離導線的損耗,到了接收端已微不可察。

這與電報早期遇到的問題類似,但更棘手,因為語音訊號是連續變化的模擬訊號,無法像電報數字訊號那樣簡單放大整形。

“需要中繼放大。”林致遠提出,“就像驛站接力傳信,我們在中途設立‘聲音中繼站’,把衰減的訊號放大,再傳下去。”

“放大?”胡師傅皺眉,“這變化的電流如何放大?我們又冇有神仙法術。”

“或許……可以用另一個受控的強電源。”徐壽沉思道,“讓這微弱的變化電流,去控製一個閥門,調節一個強電流的通斷或強弱。就像用小溪流的力量,去扳動一個大水閘。”

這個“用弱電控強電”的思路,指向了電子管的雛形,但對目前的技術水平而言太過遙遠。

他們最終采用了一種極其笨重但有效的機電式中繼器:微弱訊號驅動一個極其靈敏的電磁鐵,電磁鐵帶動一個精密槓桿,槓桿去控製一個由獨立電源供電的、強度可調的電路開關或變阻器,從而“複製”出一個放大後的訊號。

這裝置龐大、遲緩、易損,但至少在幾百步的距離內,它能讓聲音勉強維持。

慶平九年秋,格物天工院向太子李承澤演示了“傳聲電話”。一條線路連線了院內相距約一裡地的兩處樓閣。

李承澤在傳送端對著改進後的送話器說:“此乃人聲乎?”

片刻,接收端的揚聲器裡傳出了帶著“嗡嗡”背景聲,但清晰可辨的句子:“此乃人聲乎?”

李承澤大為驚歎:“雖略有雜音,然清晰可聞,無需譯碼,婦孺皆懂!此物若成,其利不下於電報!”

有了太子的肯定和支援,“傳聲電話”專案獲得了更多資源。但葉明和徐壽都清楚,以目前的技術,要實現長距離、高質量、穩定可靠的電話通訊,還遙遙無期。

他們的中繼器笨重不可靠,碳阻話筒壽命短,整體係統耗電也不小。

“或許,我們不必一開始就追求完美。”

葉明在總結會上說,“就像電報先從軍政要務開始,電話亦可先應用於特定短途場景。

比如,大型工坊內部不同車間之間的聯絡;火車站排程室與站台之間的通訊;甚至……皇宮內各重要殿宇之間的傳話。

距離短,環境相對可控,對音質和可靠性的要求也可適當放寬。先在有限範圍內用好它,積累經驗,改進技術,同時讓更多人瞭解、接受這種新的通訊方式。”

這個務實的思路得到了大家的認同。

格物天工院開始設計適用於工坊、車站等場景的“專用短途電話係統”。

同時,他們也並未放棄對基礎原理的持續研究,尤其是對更靈敏的聲電轉換材料和更高效的訊號放大方法的探索。

冬日某個傍晚,葉明站在格物天工院的高處,望著京城星星點點的電燈光芒,其中一些光線來自於他主導建立的電報房和試驗中的電話線路節點。

從蒸汽機到鐵路,從電報到電站,再到如今這稚嫩的“傳聲電話”,他彷彿看到一條無形的階梯,正將這個古老的文明一步步推向未曾想象的高度。

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