第44章 电话问世语音跨越千里，有线通信进入新纪元（1/2）

大秦十年三月中旬，咸阳城春意正浓。

科学院物理研究所的实验大厅里，气氛却不像外面的春光那样轻松。徐启、章邯、张衡，还有七八个年轻研究员围坐在一张长桌前，每个人的目光都集中在姜云手里那份刚刚起草完毕的建议书上。

《关于研制电话通信设备的建议书》。

章邯第一个开口，语气里带着明显的困惑：“天师，您说的这个‘电话’……我大概能理解一些。电报是把文字变成电信号传出去，电话是把声音变成电信号传出去。但声音这东西，它又不是字，怎么变成电？”

“问得好。”姜云把建议书放在桌上，转身在黑板上画了起来，“声音的本质是什么？是振动。你说话的时候，声带在振动，振动通过空气传到别人耳朵里，振动耳膜，你就听到了声音。”

他在黑板上画了一根波浪线：“那如果我们有一张很薄的铁片，对着它说话，铁片就会随着声音振动。铁片旁边放一块电磁铁，铁片振动时和电磁铁之间的间隙就会变化，间隙变了，电磁铁线圈中的电流就会跟着变化。这样一来，声音的振动就变成了变化的电流。”

“电流顺着电线传到另一端，另一端也有一块电磁铁和一张铁片。变化的电流通过电磁铁，产生变化的磁力，吸动那张铁片跟着振动。铁片振动，就还原出了声音。”

姜云放下粉笔，拍了拍手上的粉灰：“简单说就是：声波变成电波，电波传过去，电波再变回声波。这就是电话的基本原理。”

实验大厅里安静了几秒。

徐启的眼睛最先亮了起来。他盯着黑板上的示意图，手指不自觉地比划着：“天师，我明白了！这和变压器的原理本质上是一样的，电磁感应！送话端的振动膜片切割磁力线，产生感应电流；受话端的电磁铁把电流变化还原成振动！”

“对，而且比变压器还简单。变压器需要铁芯耦合，电话只需要一个振动膜片、一块电磁铁、一个线圈就够了。”姜云看着徐启那副跃跃欲试的表情，“怎么样，有没有信心把它做出来？”

徐启用力点头：“有！给我半个月……不，十天！”

“十天太紧，一个月。”姜云笑道，“但我要的不是实验室里的玩具，是一台能实际使用的电话。送话器和受话器都要做到，送话器要把声音清晰地变成电信号，受话器要把电信号清晰地还原成声音。两个东西，你一起攻关。”

“明白！”

姜云又转向章邯：“老章，电话和电报一样，需要线路。但电话线路的要求比电报高，它传输的是连续变化的电信号，不是开关信号。线路的绝缘、接头的接触质量、线路的阻抗匹配，都会影响通话质量。”

章邯点头：“工部那边刚好在铺高压输电线路，电话线能不能跟电线走同一个杆子？”

“尽量分开。高压电会产生很强的电磁干扰，电话线上会感应出杂音，影响通话质量。”姜云想了想，“但可以沿着同一条路由架设，电线杆在驰道一侧，电话线杆在另一侧。线路路径复用，但物理上分离。”

“好，我记下了。”

会议结束后，物理研究所立刻进入了攻关状态。

徐启带着三个助手，开始了送话器和受话器的研制。

第一个难题是振动膜片。

姜云给出的方向很明确：膜片要足够薄、足够轻，才能对声音敏感，但又要有足够的强度，不能一说话就破了。

徐启试了五六种材料。先是铜箔，太硬，声音小了膜片根本不动。接着是银箔，软了一点，但太贵，而且容易变形。然后是锡箔，变形问题更严重，用几次就恢复不了原状。

“试试铁皮？”一个助手提议。

“铁皮更硬，不行。”徐启摇头。

他在材料堆里翻了一阵，最后拿起一卷极薄的铁片，那是工部用来做精密弹簧的原料，厚度只有头发的三分之一。

徐启把铁片切成圆形，夹在木环上，对着它吹了一口气。

铁片轻轻颤动，发出了嗡嗡的声音。

“这个有戏。”徐启眼睛一亮，“灵敏度够了，但还需要处理一个问题，铁片容易生锈，而且长期振动会不会疲劳断裂？”

他想了半天，最终决定在铁片表面涂一层极薄的漆，既能防锈，又不会影响振动性能。

膜片的问题解决后，接下来是电磁线圈。

电话用的电磁线圈和发电机、变压器的不一样。发电机的线圈要承受大电流，变压器的线圈要承受高电压，但电话的线圈只需要感应微弱的电流变化。

徐启拆了好几台电报机，研究里面的电磁铁结构，然后自己动手绕制了十几个不同规格的小线圈。

“线圈的匝数要多，线要细。”他在实验日志上记录着，“细线更容易感应微弱电流变化，多匝能增强电磁感应强度。”

他用了比头发丝还细的铜线，在一个小铁芯上绕了上千匝，做成了一个指甲盖大小的电磁线圈。

第一个送话器的原型就这么出来了，一个木制的圆筒，一端装着振动膜片，膜片后面紧贴着电磁线圈。对着圆筒说话，膜片振动，带动线圈中的磁路变化，产生感应电流。

受话器的结构更简单，同样是一个电磁线圈，同样有一张振动膜片。变化的电流通过线圈，产生变化的磁力，吸动膜片振动，还原声音。

大秦十年四月初，第一对送话器和受话器组装完成。

徐启兴冲冲地来找姜云：“天师，做好了！可以实验了！”

姜云放下手头的工作，跟着徐启来到实验室。

实验台的布置很简单：两台送话器、两台受话器，用两根铜线连接起来。旁边摆着一台电报机作为联络备用。

“天师，您对着这个说话试试。”徐启递过一个木制圆筒。

姜云接过送话器，看了看连接的线路，又看了看对面的受话器，然后对着送话器说了一句：

“喂，听得到吗？”

声音不大，但实验室里很安静，所有人都听到了。

但受话器那边，只传出了微弱的“嗡嗡”声，完全听不出人声。

徐启的脸色一下子垮了。

姜云倒是没太失望，他拿起受话器掂了掂，又看了看送话器的结构：“灵敏度不够。膜片的振动没有有效地转换成电信号，或者说，转换出来的电信号太弱了，传输到受话器那边已经衰减到几乎没有了。”

他想了想，又问：“线圈绕了多少匝？”

“一千匝。”

“加到两千匝试试。另外，膜片和线圈之间的距离再调近一些。振动膜片和电磁铁芯之间的间隙越小，磁路变化越敏感。”

徐启立刻动手改进。

两天后，第二版送话器和受话器做好了。

这次的效果明显好了不少。对着送话器说话时，受话器里传出的声音虽然还是模糊，但至少能听出是有人在说话，而不是单纯的嗡嗡声。

但距离一拉长，声音就急剧衰减。在相隔两丈的线路上还能勉强听见，拉到十丈之外就几乎无声了。

“还是不行。”徐启沮丧地抓了抓头发，“声音太小了，根本达不到实用标准。”

姜云拿起送话器，拆开看了看里面的结构。振动膜片、电磁线圈、铁芯，结构没什么问题，但灵敏度确实不够。

“问题出在哪里？”他在心里默默回忆着现代电话的知识。

普通电话的送话器，用的是炭精送话器原理。炭精颗粒在振动膜片的压力下改变电阻，从而让电流产生变化。这种变化比电磁感应式的信号强度大得多。

“徐启，换个思路。”姜云放下送话器，“电磁感应式的太弱了，我们试试另一种方法，用炭精颗粒来改变电流。”

“炭精颗粒？”

“对。炭精能导电，而且它的电阻会随着压力变化而变化。如果把炭精颗粒装在一个小盒子里，上面盖着振动膜片，膜片振动时就压紧或放松炭精颗粒，压紧了电阻变小，电流变大；放松了电阻变大，电流变小。这样，声音振动就变成了电流的变化，而且信号的强度比电磁感应式大得多。”

徐启听完，愣了几秒，然后猛地拍了一下桌子：“妙啊！我马上去试！”

从那天起，徐启又开始了新一轮的攻关。

炭精送话器的制造难度比电磁感应式大得多。首先要找到纯净的炭精材料。徐启试了木炭、煤炭、石墨，最后发现用石油焦炭烧制的炭精颗粒导电性能最好，硬度也适中。

然后是颗粒的大小，太大了灵敏度不够，太小了容易压实不反弹。徐启试了五六种不同大小的颗粒，最终确定用细沙粒般大小的炭精颗粒，混合少量银粉来提高导电性。

炭精盒的设计也很讲究。盒底是一个固定电极，盒盖连接着振动膜片，膜片振动时改变炭精颗粒的压紧程度。盒子必须是密封的，不能让炭精颗粒漏出来，也不能让灰尘进去影响导电性。

经过将近一个月的反复试验，大秦十年四月底，第一台炭精送话器终于研制成功。

测试那天，姜云再次来到实验室。

这次徐启的布置更加专业了。实验室里拉了两条铜线，从一端延伸到另一端，中间隔着大约五十丈的距离，科学院大院的东西两端。

“天师，这次应该行了。”徐启把送话器递给姜云，自己快步走到五十丈外的另一间屋子里。

姜云拿起送话器，这是一个手掌大小的木制圆筒，一头是喇叭状的开口，对着说话，另一头连着电线。受话器是一个类似的圆筒，但结构更简单，里面只有电磁铁和振动膜片。

他深吸一口气，对着送话器说了一句：

“听得见吗？”

声音传出去的那一瞬间，实验室里安静到了极点。

然后，五十丈外的那间屋子里，传来了徐启的声音。

不是从空气中传过来的，是通过受话器传来的。

声音有点模糊，像是隔着一层厚布说话，但每一个字都清清楚楚：

“天师……我听见了。听得清清楚楚。”

实验大厅里先是一片死寂。

然后爆发出了一阵震耳欲聋的欢呼。

几个年轻研究员跳了起来，互相拍着肩膀，脸上的兴奋简直要溢出来。徐启从五十丈外的那间屋冲回来，跑得上气不接下气，手里紧紧攥着那个受话器：

“天师！成了！真的成了！我把您的话听得一清二楚！”

姜云接过受话器，举在耳边听了听，里面还有徐启刚才奔跑的喘气声，从五十丈外传过来的喘气声。

他忍不住笑了：“不错，比我想象的顺利。”

徐启喘匀了气，急切地问：“天师，那我能和您说句话吗？”

“当然可以。”

徐启接过送话器，对着它大声说了一句：

“天师！您人在那边，声音却在这边，这简直和神仙法术一样！”

通过受话器，姜云听到了这句话，虽然带着电流声的干扰，但每一个字都清晰可辨。

他笑着拿起另一台送话器回了一句：“这不是法术，是科学。人类历史上第一次，声音，通过电线，传到了五十丈外。”

实验室里再次爆发出欢呼声。

这次，连一向沉稳的章邯都忍不住用力拍了拍徐启的肩膀，把他拍得一个趔趄：

“好小子！真有你的！”

炭精送话器的成功，让电话的实用化迈出了最关键的一步。

接下来的一个月，徐启和章邯联手，对电话系统做了全面优化。

首先是送话器的改进。炭精颗粒的配比经过反复调整，加入了少量银粉后，导电性和稳定性大幅提升。振动膜片的厚度也做了优化，太厚了灵敏度不够，太薄了低音效果差，最终确定了一个最佳厚度。

其次是受话器的改进。受话器的关键是把电信号还原成声音，电磁铁和膜片之间的配合至关重要。章邯亲手制作了几十个不同规格的电磁铁，最终找到了一个在灵敏度和保真度之间最平衡的方案。

再次是线路的改进。电话传输的是连续变化的电信号，线路的绝缘和接头处理比电报严格得多。章邯让工部的工匠们用油浸丝线包裹铜线，再在外层套上橡胶管，这是目前大秦能做出的最好的绝缘线。

到五月中旬，优化后的电话系统已经能在三百丈的距离内实现清晰通话。虽然声音中还带着轻微的电流噪声，但每一个字都能听得清清楚楚，正常对话完全没问题。

姜云看过测试报告后，做出了决定：

“可以给宫里装一台了。”

大秦十年五月二十日，咸阳宫，紫宸殿。

始皇帝坐在案后，面前摆着一个不大的木制盒子，电话机。

这通电话机的设计很简单：一个方形的木盒，上面放着一个送话器和一个受话器，中间连接着一个手摇的小型发电机，那是徐启加上去的“振铃”装置，用来呼叫对方。

电话线的另一端，安装在三百丈外的工部衙门。章邯守在那里，等着第一次通话。

姜云站在始皇帝身侧，指着电话机解释道：“陛下，这个送话器对着说话，声音就会变成电信号，沿着那根铜线传到章邯那边。章邯那边的受话器会把这些电信号还原成声音。”

“也就是说，”始皇帝盯着那个木盒，“朕在这边说话，章邯在三百丈外能听见？”

“是，陛下。而且章邯说话，您也能听见。”

始皇帝沉默了几秒。然后伸出手，拿起了送话器。

“章邯。”他的声音不大，但很沉稳。

三百丈外，工部衙门里，章邯面前的受话器传出了始皇帝的声音。

虽然隔着电流噪声，但那声音的威严感和辨识度，让章邯几乎本能地挺直了腰板：

“臣在！”

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