Это преобразование нужно нам лишь для того, чтобы с помощью тока передать сообщение по проводам. Совершенно ясно, что на другом конце линии необходим еще один «переводчик» — нужно совершить обратное преобразование, то есть с помощью изменяющегося тока получить звук. Такой обратный перевод может совершить простейший прибор, в быту называемый наушником, а в литературе головным телефоном или просто телефоном.

Основой телефона являются две соединенные последовательно катушки с большим числом витков медного провода и сердечниками в виде постоянных магнитов. К катушкам, точнее к слегка выступающим сердечникам, прилегает тонкая стальная пластинка — мембрана. Когда по катушке телефона проходит ток, то сердечник дополнительно намагничивается и сильней притягивает к себе мембрану. В простейшей линии телефонной связи наушник (телефон) можно включить последовательно с микрофоном и батарейкой. В этом случае при изменении тока, который проходит через микрофон, меняется и ток в катушке телефона — во всех участках последовательной цепи течет один и тот же ток. При этом, естественно, меняется и сила притяжения мембраны к сердечнику, мембрана колеблется и создает звуковые волны. Все движения мембраны будут в точности следовать за изменениями тока в цепи. Если, например, ток в цепи изменяется с частотой 400 гц, то мембрана создаст звук, имеющий частоту также 400 гц. Достаточно точно сохранится и спектральный состав звука, хотя, откровенно говоря, в этом отношении телефон весьма далек от совершенства.

Кроме угольного микрофона и наушника, «переводчиками» могут служить более совершенные электродинамические системы — динамический микрофон и динамический громкоговоритель. Работают эти, казалось бы, разные приборы на одном и том же принципе и содержат одинаковые основные узлы. Это прежде всего сильный постоянный магнит, расположенная между его полюсами легкая катушка (ее обычно называют звуковой) с небольшим числом витков и прикрепленный к этой катушке диффузор, изготовленный из специального материала, очень напоминающего бумагу или тонкий картон (рис. 13).

Рис. 13

Еще в начале XIX века замечательный английский физик Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, которое сейчас используется практически во всех типах электрогенераторов и двигателей. На этом явлении основана также работа электродинамического микрофона и громкоговорителя. Первый из них можно считать своеобразным генератором, второй — двигателем.

Явление электромагнитной индукции можно коротко описать так. Если в магнитное поле поместить проводник и затем каким-то образом менять это поле, то на концах проводника появится электродвижущая сила. Менять магнитное поле можно по-разному, в том числе, перемещая магнит относительно проводника или, что то же самое, перемещая проводник относительно магнита. Именно это и происходит в динамическом микрофоне. Под действием звуковых ваш диффузор микрофона колеблется. Вместе с диффузором движется в магнитном поле звуковая катушка, и в результате электромагнитной индукции на ней появляется э. д. с. При этом величина э. д. с. и характер ее изменения полностью определяются характером движения диффузора, то есть в конечном итоге звуковыми волнами. Таким образом, микрофон довольно точно «переводит» звук на «электрический язык», используя энергию звука, создает электрический ток. Этим микрофон и похож на генератор, который вырабатывает электрическую энергию также за счет механической работы, например работы, которую выполняет расширяющийся пар или падающая вода.

Громкоговоритель, как мы уже отмечали, похож на электродвигатель— к нему подводится электрическая энергия и он превращает ее в механическую работу, двигая диффузор.

Электромагнитная индукция — явление обратимое. При движении проводника в магнитном поле на нем наводится переменная э. д. с. и, наоборот, под действием переменной э. д. с. проводник начинает двигаться в магнитном поле. Последнее объясняется тем, что проводник, по которому течет ток, обладает магнитными свойствами (стр. 11) и поэтому взаимодействует с постоянным магнитом точно так же, как взаимодействуют друг с другом (притягиваются или отталкиваются) два магнита. В результате такого взаимодействия проводник, а в нашем случае это звуковая катушка, колеблется в магнитном поле, увлекает за собой диффузор, который и создает звуковые волны. Здесь, так же как и в микрофоне, сохраняется соответствие между звуком и током — звук будет своеобразной копией того переменного тока, который протекает в звуковой катушке громкоговорителя. Как сами видите, машина, которая создает голоса и даже имитирует целый симфонический оркестр, устроена довольно просто.

Вся сложность состоит в том, чтобы передать этой машине достаточно точный электрический «шаблон», по которому будет воспроизводиться нужный звук, то есть, проще говоря, подвести к звуковой катушке переменный ток необходимой формы, ну и конечно, достаточно сильный для того, чтобы, преодолевая сопротивление воздуха, двигать диффузор.

Два слова об обратимости. В ряде случаев динамический микрофон и громкоговоритель действительно могут заменить друг друга. Когда в продаже не было маленьких громкоговорителей для карманных приемников, радиолюбители с успехом использовали вместо них некоторые типы микрофонов. И наоборот, громкоговорителю иногда приходится работать вместо микрофона (стр. 150).

* * *

* * *

Знакомясь с микрофоном и громкоговорителем, мы с вами как-то незаметно ввели еще одно действующее лицо — переменный ток. Рассматривая карманный фонарик, мы говорили, что в его цепи течет постоянный ток. При этом имелось в виду, что этот ток всегда течет в одну и ту же сторону и величина тока также остается неизменной. В карманном фонаре иначе и быть не могло — источником тока там является батарейка, которая всегда дает постоянную э. д. с.

Другое дело в микрофоне. Согласно законам электромагнитной индукции, величина э. д. с., которая наводится на проводнике, прежде всего зависит от скорости движения этого проводника в магнитном поле — чем быстрее движется проводник, тем больше наведенная э. д. с. Различной может быть и полярность электродвижущей силы — плюс и минус на концах проводника будут меняться местами, если двигать этот проводник то в одну сторону, то в другую. Теперь представьте себе, что получается, когда звуковая катушка микрофона под действием звуковых волн, падающих на диффузор, непрерывно колеблется. Электродвижущая сила, которая при этом возникает на концах звуковой катушки, непрерывно меняется — меняется и ее величина и полярность. Одним словом, на концах катушки действует переменная э. д. с. (рис. 14), которая и создает в цепи переменный ток (помните закон Ома? Ток в цепи зависит от э. д. с.).

Рис. 14

Так же как и любая переменная величина, в частности звук, переменный ток и переменное напряжение (э. д. с.) имеют следующие главные характеристики: наибольшее значение — амплитуду, период — время полного цикла колебаний, частоту — число периодов за секунду и, наконец, форму кривой, которую можно четко охарактеризовать суммой гармонических составляющих. Описать какой-либо переменный ток проще всего с помощью графика. Здесь кверху от оси времени откладывается какое-нибудь одно, причем совершенно безразлично какое, направление тока или напряжения, а книзу от оси — противоположное направление. Фактически получаются два графика с обшей осью времени — один график нормальный, другой перевернутый вверх ногами. Совершенно очевидно, что в нашем случае график переменного тока в цепи должен быть точной копией графика звуковых колебаний, которые мы хотим передать. Точно так же график звука, созданного громкоговорителем, должен точно соответствовать графику тока, который прошел по линии и попал в звуковую катушку громкоговорителя. Одним словом, оба преобразования, или, как мы их назвали, оба перевода: звук — ток (переводчик микрофон) и ток — звук (переводчик громкоговоритель) должны происходить без искажений. В этом случае в месте приема мы получим копию звука, который воздействовал на микрофон на передающей стороне нашей линии.