La amplificación antes de que se inventaran los tubos y los transistores

Question

Los teléfonos son más antiguos que los tubos de vacío y, por supuesto, que los transistores. ¿Cómo se hacía la amplificación de la señal?

Me refiero a la tecnología, no a los detalles.

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Algunas informaciones adicionales que debería haber dado al principio :

• La pregunta se limita a la telefonía
• No me interesan los equipos experimentales Digamos por ejemplo que el equipo debe haber sido hecho en cantidad superior a 30 piezas, o mejor que haya sido un producto comercial.
• No sólo me interesan las soluciones puramente eléctricas: pueden ser mecánicas, hidráulicas... (¡pero sin repetidores humanos!)
• Las adaptaciones de impedancia (acústica o eléctrica...) no se consideran aquí como amplificación.

RESUMEN DE LAS RESPUESTAS

• No había ninguna amplificación entre el micrófono y el auricular, incluso para una transmisión de 1200 km, pero era necesario gritar en un lado, y el silencio absoluto en el otro lado (ver la respuesta de WhatRoughBeast)

• el propio micrófono de carbono es un amplificador. El general La definición de un amplificador no siempre es muy fácil (ver la respuesta de Ali Chen, y la segunda respuesta de BillF, si se puede seguir), pero basta con decir que un altavoz electrodinámico acoplado a un micrófono de carbono es un eléctrico amplificador (ver la respuesta del siguiente hack y la primera respuesta de BillF). Agrego que los otros tipos de micrófonos son atenuadores (de ahí la pregunta)

• las mejores líneas telefónicas tienen una pérdida de sólo 0,04dB/km en la frecuencia de audio. (compárese con los 10dB/km a 300kHz de nuestras líneas telefónicas)

• El sonido más fuerte que puede soportar un ser humano es más de 80dB por encima del más bajo que puede escuchar. (Comentario de RussellBorogove). Es posible que el sonido dentro de la bocina (ver respuesta de peufeu) sea aún más fuerte que lo que un humano puede soportar.

Gracias por las contribuciones.

Answer 1

No lo era.

En los primeros tiempos (hacia 1890), la telefonía de larga distancia se realizaba desde cabinas insonorizadas y, a menudo, con teléfonos no estándar (de 4 hilos). El límite de alcance era de Nueva York a Chicago. En 1911, el uso de bobinas de carga permitió la comunicación de Nueva York a Denver. Sin embargo, hay que tener en cuenta que esto era bastante frustrante e implicaba muchos gritos.

En 1915 se realizó la primera llamada transcontinental, con amplificación mediante el tubo de vacío audion.

Answer 2

La amplificación, antes de que se dispusiera de amplificadores de tubo, podía conseguirse de varias maneras. Algunas de ellas son:

• Utilizando un altavoz electrodinámico acoplado a un micrófono de carbono, para formar un repetidor.
• Utilizando la resistencia negativa de una lámpara de mercurio (aunque no se entienda la naturaleza física de la resistencia negativa).
• Utilizar un amplificador magnético (que se sigue utilizando mucho después de la era de las válvulas y los transistores, e incluso hoy en día en algunas aplicaciones). Los amplificadores magnéticos se utilizaron inicialmente como conmutadores a finales de 1800, y se utilizaron como amplificadores cuando ya se disponía de tubos, pero era muy importante la alta fiabilidad.

Answer 3

El embudo en el que debes gritar es en realidad una bocina:

Las bocinas son transformadores acústicos, normalmente se utilizan al revés: se monta un transductor de alta presión ("driver de compresión") en la garganta, y la bocina emite una onda acústica de baja presión en el otro extremo con una superficie mucho mayor, lo que se traduce en una gran potencia acústica. Básicamente es un megáfono:

Pero funcionan en ambos sentidos. Cuando se montan en un micrófono, toda la superficie de la "boca" de la bocina se utiliza para introducir ondas acústicas, y en el otro extremo emite una presión mucho mayor, lo que aumenta la señal disponible para los primitivos micrófonos de la época...

No se trata de una amplificación, ya que es puramente pasiva, pero estoy seguro de que ayudó.

Nota: las bocinas también distorsionan debido a las reflexiones internas y a los modos de resonancia, razón por la cual suelen sonar un poco "honky".

Answer 4

El sistema telefónico anterior al tubo de vacío utilizaba exactamente el micrófono de gránulos de carbono como amplificador. Lo que Bell inventó fue el uso de esencialmente el mismo dispositivo como altavoz y micrófono. Ahora lo llamamos micrófono dinámico. El sistema de Bell no tenía ningún mecanismo de ganancia; no tenía ninguna ventaja intrínseca con respecto al alcance de la comunicación sobre dos latas conectadas por una cuerda. El alcance práctico era de un pequeño número de manzanas.

El micrófono de carbono tiene la propiedad necesaria de un amplificador: funciona básicamente como una válvula. Así, la señal eléctrica puede tener una potencia mucho mayor que la señal acústica. Este fue el invento que hizo que el teléfono pasara de ser un juguete a ser un sistema de telecomunicaciones. (Por cierto, la famosa cita de los ejecutivos de Western Union, de que no podían ver ninguna aplicación práctica del teléfono de Bell "en la actualidad" se refería específicamente a las patentes de Bell, que es lo que se les había ofrecido. Su objeción era precisamente el alcance limitado).

El micrófono de carbono fue inventado por Thomas Edison, y él y todos los demás implicados sabían exactamente lo que ocurría (amplificación) y por qué era necesario para el crecimiento del sistema telefónico. La historia se detalla, al menos desde el punto de vista de Edison, en un libro escrito por su abogado de patentes, Frank Lewis Dyer, Edison His Life and Inventions, capítulo 9. (Disponible en http://www.gutenberg.org/files/820/820-h/820-h.htm ). El micrófono de carbono también se utilizó en un primer amplificador eléctrico analógico llamado "relé telefónico", que era esencialmente un receptor telefónico acoplado mecánicamente a un botón de carbono. Hay mucha información sobre las primeras tecnologías de amplificación en un libro de H. Peter Friedrichs titulado Instruments of Amplification: Fun with Homemade Tubes, Transistors, and More (2003).

Si se preguntan por qué sólo conocemos la contribución de Bell al teléfono, cuando en realidad fue Edison quien hizo que el sistema fuera escalable, culpen a J. Pierpont Morgan. Él impuso la estructura de los cuasi-monopolios de alta tecnología de principios del siglo XX en una reordenación de empresas que impuso la necesaria licencia de patentes. En esencia, Bell recibió lo que se convirtió en AT&T y Edison recibió GE. Fue Morgan quien impuso una interpretación de amplio alcance de las patentes de Bell, no nadie relacionado con el sistema de patentes de Estados Unidos.

Mi propio interés en esta historia se remonta a unos años atrás, cuando investigaba si algún sistema tecnológico había logrado escalar (por más de, digamos, un factor de 10) sin el uso de un elemento de ganancia. La razón por la que esto era y es de interés son las pretensiones de la computación reversible y cuántica, por ejemplo, que no pueden tener elementos de ganancia. Incluyo en los "elementos de amplificación" cosas como el palo de agitar en la hoguera del Paleolítico, las válvulas de paletas en las esclusas de los canales y el acelerador de la máquina de vapor. Parecía que el sistema telefónico primitivo era la excepción. De hecho, resultó ser el ejemplo absolutamente clásico de un concepto de sistema que no iba a ninguna parte hasta que se inventó el elemento de amplificación.

Answer 5

Los teléfonos son más antiguos que los tubos de vacío y, por supuesto, que los transistores. Cómo se hacía la amplificación de la señal?

Recuerdo que cuando era niño podías comprar un auricular de plástico que se conectaba a otro auricular de plástico a través de un par de cables de 30 metros (más o menos). Podías hablar por el auricular (sin necesidad de pilas) y en el otro auricular la persona podía oírte. Funcionaba en ambas direcciones, es decir, había un pequeño altavoz (que hacía las veces de micrófono) conectado con dos cables a otro pequeño altavoz en el auricular lejano.

Se basaba en que el altavoz tenía una eficacia del 10%, es decir, que acoplaba un 10% de la potencia acústica que recibía y ésta se convertía en un 1% de la potencia sonora original en el otro extremo. Era suficiente para mantener una conversación y no necesitaba pilas.

Hay una empresa que (la última vez que miré) fabricaba teléfonos "con sonido" para entornos con gases inflamables porque son intrínsecamente seguros y no provocan una explosión, es decir, esta tecnología se sigue utilizando hoy en día.