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Philipp Reis 1861 - die Geburtsstunde der Elektroakustik Ernst-Joachim Vlker und Wolfgang Teuber Institut für Akustik und Bauphysik, 61440 Oberursel, 23992 Zweihausen [email protected] www.iab-oberursel.de V00377 1. Einleitung Philipp Reis kannte die bertragung von Morsezeichen über lange Telegraphenleitungen. Er trumte davon, da sich eines Tages Tne und Sprache von Ort zu Ort mittels galvanischen Stromes fort- pflanzten. Am 26. Oktober 1861 prsentierte er seine Erfindung, die er Telefon nannte. Der Physikalische Verein in Frankfurt am Main hatte eingeladen. Reis sprach zu dem Thema:ber die Fort- pflanzung musikalischer Tne auf beliebigen Entfernungen durch Vermittlung des galvanischen Stromes /1/. ber seine anfngli- chen Zweifel sagte er: Wie sollte ein einziges Instrument die Gesamtwirkungen aller bei der menschlichen Sprache bettigten Organe zugleich reproduzieren? Reis konstruierte einen Apparat, mit dem er Tne verschiedener Instrumente, ja bis zu einem ge- wissen Grad auch der menschlichen Stimme reproduzieren knne. Die Besucher staunten über die Tne, die aus dem kleinen Holzkas- ten, dem Empfnger, hrbar wurden. Sie waren in 150m Entfer- nung mit einer Geige in das Telefon gespielt worden. Seine Erfin- dung wurde schnell bekannt. Es folgten Verffentlichungen, vor allem in Fortschritte der Physik, Berliner Berichte. Er wurde Meister des Freie Deutsche Hochstifts zu Frankfurt, dem Vorlufer der Frankfurter Universitt. Er war und blieb jedoch der kleine, fast unbedeutende Lehrer am Institut Garnier in Friedrichsdorf bei Frankfurt, einem kleinen technischen Gymnasium. Dort lebte und forschte er in gesicherte finanziellen Verhltnissen. Seine Telefone wurden in Frankfurt vom Mechanicus Albert gebaut und in die ganze Welt geliefert, wozu er sich die Feinjustage vorbehielt und eine Gebrauchsanwei- sung mitschickte. In seinem Vortrag 1861 hatte er sich beklagt, da andere mit mehr Mitteln diese Aufgabe besser htten lsen kn- nen. Er hatte sich durch das Arbeiten mit Suren und Chemikalien, z.B. für seine Batterien, gesundheitlich geschdigt. Viel zu früh starb er 40jhrig 1874. Am Sterbebett sagte er: Ich habe der Welt eine groe Erfindung geschenkt, anderen mu ich überlassen, sie weiterzuführen. 2. Die Geburtsstunde der Elektroakustik 1837 war in England das elektromagnetische Relais erfunden wor- den /2/. Damit wurde Morsen mglich. Der Franzose Charles Bur- seul hat 1854 zum ersten Mal die Idee beschrieben, Sprache und Musik über Telegraphenleitungen zu übertragen /3/. Er schrieb in der Zeitschrift L·llustration de Paris unter der berschrift Elektri- sche Telefonie: Lat uns annehmen, man spricht nahe einer be- wegten Platte, die flexibel ist, und diese Platte schliet die Verbin- dung zu einer Batterie. Nehmen wir an, es gibt eine andere Platte, die die gleiche Bewegung ausführt....Es gab jedoch keine weiteren Gedanken, wie diese bertragung funktionieren sollte. Es gab auch keinen Apparat. Noch 1878, 20 Jahre spter, wurde das Telefon von Graham Bell verpnt und nur für Laborzwecke abgetan, z.B. von Gray, der gerade in USA mit Western Electric Manufacturing die Telegraphie durch vier parallele bertragungen auf einer Leitung erweitert hatte /4/. Das Neue an der Idee von Philipp Reis war die berzeugung, da Schallwellen sich überlagern und insge- samt über Hammer, Ambo und Steigbügel übertragen werden. Der Mensch nimmt sie alle wahr. Das müte auch über einen Kontakt am Trommelfell gelingen, der geffnet und geschlossen wird, aber nicht nur für eine Schwingung, sondern zugleich für viele überlagerte Schwingungen. Nur daraus erklrt er die Mglichkeit, Tne und Sprache zu übertragen. Die ersten Experimente 1860 in seinem Haus in Friedrichsdorf , als zusammen mit der gesamten Familie Musik und Sprache über 200m übertragen wurde und man den Satz: Das Pferd frit keinen Gurkensalat verstand, sind als die Geburtsstunde der Elektroakus- tik zu bezeichnen. Sein Vortrag am 31. Oktober 1861 stellt das offizielle Datum dar. Luftschall konnte erstmals in elektrische Signale umgewandelt und elektrisch übertragen werden. Die Wie- dergabe geschieht mit einer Spule, deren Kern durch Stromnde- rungen bewegt wird, wodurch der Resonanzkrper der Geige als mechanische Verstrkung wirkte. Abb. 1 und 2 zeigen die Fortentwicklung vom ersten Versuch bis zur Fabrikationsreife beim Mechanikus Albert in Frankfurt. Es gab das Telefon, auch als Singstation bezeichnet, und die Hrstation. Diese bestand aus einem Resonanzkasten in Anlehnung an die Geige und einer Spule mit Eisenkern. Bei Stromunterbrechung gab es einen Knack, der als das Tnen des Galvanismus bezeichnet wurde /1,S.122/. Reis fand als erster heraus, da bei Verwendung des Telefons Tne, Melodien und Sprache wiedergegeben werden konnten. 3. Rückrufgert Telefon und Hrstation bildeten die erste elektroakustische ber- tragungseinrichtung. Schall wurde in elektrische Signale und zu- rück in Schall umgewandelt. Es ist daher berechtigt, vom ersten Mikrofon und Lautsprecher zu sprechen. Als Kombination beider gilt das heute übliche Telefon. Die mit e und h bezeichneten Tasten nannte Reis Rückrufgerte. Mit ihnen konnte der permanent flie- ende Strom von jeder Seite aus unterbrochen werden, was jeweils zu einem deutlichen Knack führte. Whrend dieser Knackübertra- gung konnte das Telefon nicht benutzt werden, Blockschaltbild Abb. 3. 4. Frequenzgang Philipp Reis hat die Umwandlung von Schall in Unterbrechungen des Gleichstromes mit einer Aufsummierung von Schwingungen unterschiedlicher Tonhhe erklrt und als Beispiel das Sehen ge- nannt, bei dem das Auge aus spektralen Anteilen eine Farbe bildet. Abb. 1: Erstes Telefon von Philipp Reis in 1860 Sender als Nachbil- dung des Ohres und Geige als Schallver- strker bei Anregung durch elektromagne- tische Spule Sing- und Hrstation Abb. 2: Telefon A Links als Singstation, Empfnger C, rechts als Hrstation 1863 in vertriebsfer- tiger Form, herge- stellt von Mechanicus J.Wilh. Albert in Frankfurt am Main. Einbau der Membran und Justierung des Kontaktes durch Philipp Reis persn- lich 312
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Philipp Reis 1861 - die Geburtsstunde der Elektroakustik Ernst-Joachim Völker und Wolfgang Teuber
Institut für Akustik und Bauphysik, 61440 Oberursel, 23992 Zweihausen [email protected] www.iab-oberursel.de
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1. Einleitung Philipp Reis kannte die Übertragung von Morsezeichen über lange Telegraphenleitungen. Er träumte davon, daß sich eines Tages Töne und Sprache von Ort zu Ort mittels galvanischen Stromes fort-pflanzten. Am 26. Oktober 1861 präsentierte er seine Erfindung, die er Telefon nannte. Der Physikalische Verein in Frankfurt am Main hatte eingeladen. Reis sprach zu dem Thema:“Über die Fort-pflanzung musikalischer Töne auf beliebigen Entfernungen durch Vermittlung des galvanischen Stromes“ /1/. Über seine anfängli-chen Zweifel sagte er: „Wie sollte ein einziges Instrument die Gesamtwirkungen aller bei der menschlichen Sprache betätigten Organe zugleich reproduzieren?“ Reis konstruierte einen Apparat, mit dem er „Töne verschiedener Instrumente, ja bis zu einem ge-wissen Grad auch der menschlichen Stimme reproduzieren könne“. Die Besucher staunten über die Töne, die aus dem kleinen Holzkas-ten, dem „Empfänger“, hörbar wurden. Sie waren in 150m Entfer-nung mit einer Geige in das Telefon gespielt worden. Seine Erfin-dung wurde schnell bekannt. Es folgten Veröffentlichungen, vor allem in „Fortschritte der Physik, Berliner Berichte“. Er wurde Meister des Freie Deutsche Hochstifts zu Frankfurt, dem Vorläufer der Frankfurter Universität. Er war und blieb jedoch der kleine, fast unbedeutende Lehrer am Institut Garnier in Friedrichsdorf bei Frankfurt, einem kleinen technischen Gymnasium. Dort lebte und forschte er in gesicherte finanziellen Verhältnissen. Seine Telefone wurden in Frankfurt vom Mechanicus Albert gebaut und in die ganze Welt geliefert, wozu er sich die Feinjustage vorbehielt und eine Gebrauchsanwei-sung mitschickte. In seinem Vortrag 1861 hatte er sich beklagt, daß andere mit „mehr Mitteln diese Aufgabe“ besser hätten lösen kön-nen. Er hatte sich durch das Arbeiten mit Säuren und Chemikalien, z.B. für seine Batterien, gesundheitlich geschädigt. Viel zu früh starb er 40jährig 1874. Am Sterbebett sagte er: „Ich habe der Welt eine große Erfindung geschenkt, anderen muß ich überlassen, sie weiterzuführen“. 2. Die Geburtsstunde der Elektroakustik 1837 war in England das elektromagnetische Relais erfunden wor-den /2/. Damit wurde Morsen möglich. Der Franzose Charles Bur-seul hat 1854 zum ersten Mal die Idee beschrieben, Sprache und Musik über Telegraphenleitungen zu übertragen /3/. Er schrieb in der Zeitschrift L´íllustration de Paris unter der Überschrift Elektri-sche Telefonie: „Laßt uns annehmen, man spricht nahe einer be-wegten Platte, die flexibel ist, und diese Platte schließt die Verbin-dung zu einer Batterie. Nehmen wir an, es gibt eine andere Platte, die die gleiche Bewegung ausführt....“Es gab jedoch keine weiteren Gedanken, wie diese Übertragung funktionieren sollte. Es gab auch keinen Apparat. Noch 1878, 20 Jahre später, wurde das Telefon von Graham Bell verpönt und nur für Laborzwecke abgetan, z.B. von Gray, der gerade in USA mit Western Electric Manufacturing die Telegraphie durch vier parallele Übertragungen auf einer Leitung erweitert hatte /4/. Das Neue an der Idee von Philipp Reis war die Überzeugung, daß Schallwellen sich überlagern und insge-samt über Hammer, Amboß und Steigbügel übertragen werden. Der Mensch nimmt sie alle wahr. Das müßte auch über einen Kontakt am Trommelfell gelingen, der geöffnet und geschlossen wird, aber nicht nur für eine Schwingung, sondern zugleich für viele überlagerte Schwingungen. Nur daraus erklärt er die Möglichkeit, Töne und Sprache zu übertragen. Die ersten Experimente 1860 in seinem Haus in Friedrichsdorf , als zusammen mit der gesamten Familie Musik und Sprache über
200m übertragen wurde und man den Satz: „Das Pferd frißt keinen Gurkensalat“ verstand, sind als die Geburtsstunde der Elektroakus-tik zu bezeichnen. Sein Vortrag am 31. Oktober 1861 stellt das offizielle Datum dar. Luftschall konnte erstmals in elektrische Signale umgewandelt und elektrisch übertragen werden. Die Wie-dergabe geschieht mit einer Spule, deren Kern durch Stromände-rungen bewegt wird, wodurch der Resonanzkörper der Geige als mechanische Verstärkung wirkte. Abb. 1 und 2 zeigen die Fortentwicklung vom ersten Versuch bis
zur
zur Fabrikationsreife beim Mechanikus Albert in Frankfurt. Es gab das Telefon, auch als Singstation bezeichnet, und die Hörstation. Diese bestand aus einem Resonanzkasten in Anlehnung an die Geige und einer Spule mit Eisenkern. Bei Stromunterbrechung gab es einen Knack, der als das „Tönen des Galvanismus“ bezeichnet wurde /1,S.122/. Reis fand als erster heraus, daß bei Verwendung des Telefons Töne, Melodien und Sprache wiedergegeben werden konnten. 3. Rückrufgerät Telefon und Hörstation bildeten die erste elektroakustische Über-tragungseinrichtung. Schall wurde in elektrische Signale und zu-rück in Schall umgewandelt. Es ist daher berechtigt, vom ersten Mikrofon und Lautsprecher zu sprechen. Als Kombination beider gilt das heute übliche Telefon. Die mit e und h bezeichneten Tasten nannte Reis Rückrufgeräte. Mit ihnen konnte der permanent flie-ßende Strom von jeder Seite aus unterbrochen werden, was jeweils zu einem deutlichen Knack führte. Während dieser Knackübertra-gung konnte das Telefon nicht benutzt werden, Blockschaltbild Abb. 3. 4. Frequenzgang Philipp Reis hat die Umwandlung von Schall in Unterbrechungen des Gleichstromes mit einer Aufsummierung von Schwingungen unterschiedlicher Tonhöhe erklärt und als Beispiel das Sehen ge-nannt, bei dem das Auge aus spektralen Anteilen eine Farbe bildet.
Abb. 1: Erstes Telefon von Philipp Reis in 1860 Sender als Nachbil-dung des Ohres und Geige als Schallver-stärker bei Anregung durch elektromagne- tische Spule Sing- und Hörstation
Abb. 2: Telefon A Links als Singstation, Empfänger C, rechts als Hörstation 1863 in vertriebsfer-tiger Form, herge-stellt von Mechanicus J.Wilh. Albert in Frankfurt am Main. Einbau der Membran und Justierung des Kontaktes durch Philipp Reis persön-lich
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Tatsächlich gibt es nicht nur eine Grundwelle, die das Öffnen und Schließen des Kontaktes bewirkt. Cremer hat angegeben, daß beim Öffnen oder Schließen des Kontaktes in einer Übergangszeit eine Linearität besteht zwischen Schalldruck und Strom /5/. Messungen an einem Nachbau des Telefons, der den Autoren vom Reis-Museum in Friedrichsdorf zur Verfügung gestellt wurde, haben dieses bestätigt. Vor dem Öffnen und Schließen des Kontaktes gibt es einen Übergang, in dem breitbandige Schallereignisse in Gleich-stromschwankungen umgewandelt werden. Reis hat mit verschie-denen Nadelspitzen gearbeitet. Sehr erfolgreich war eine verrostete Spitze. Das Zusammendrücken weist bereits auf Kohlepulver hin, das Jahrzehnte später zu Stromänderungen genutzt wurde. Den Frequenzumfang der Übertragung hat Reis mit Bezug auf Töne der Musik angegeben /1,S.123/. Er nennt F bis f´´ (gesprochen: Großes F bis zweigestrichenes f). Das sind etwa 100 bis 600 Hz. Bei Mes-sungen am Nachbau wurden in Abb. 4 Töne bis 3000Hz gemessen.
Der übertragene Ton klingt sehr verzerrt, was auf hochfrequente Anteile zurückzuführen ist. Dennoch ist die Melodie deutlich zu erkennen, die etwa auf einer Geige gespielt oder gesungen wird. Reis erklärt auch den Grund, weshalb die Sprache schlecht zu verstehen ist. Es liegt an den Vokalen, weniger an den Konsonan-ten. 5. Philipp Reis als Lehrer in Friedrichsdorf Beide Eltern waren früh gestorben, so daß er vom Vormund aufge-zogen wurde. Der Besuch des angesehenen Instituts Garnier in Friedrichsdorf von 1844 bis 1848 war bereits eine Auszeichnung. Weitere Privatschulen folgten. Reis zeichnete sich aus und wurde vorgeschlagen für den Besuch des Politechnikums in Karlsruhe. Die Vormundschaft entschied sich jedoch 1850 für eine Lehre in einer Farbwarenhandlung in Frankfurt am Main, die er für viele weiteren Studien nutzte. So nahm er Privatunterricht in Mathematik und besuchte die Vorlesungen von Prof. Dr. Böttcher in der Ge-werbeschule sowie später auch die Schule von Dr. Poppe in Frank-furt am Main. Seine Eltern hatten ihm ein stattliches Vermögen hinterlassen, das ihm diese Studien erlaubte. Von seiner Militärzeit
schrieb er an seine Freunde in Frankfurt: „Ich finde, daß, wenn man sich einigermaßen gemütlich anstellt und ein freundliches Gesicht macht, so findet man auch wieder freundliche Gesichter . Euer immer fideler Ph.Reis.“ 1858 kehrte Philipp Reis nach Friedrichs-dorf zurück. Dieses Mal als Lehrer an der gleichen Schule. Er kaufte ein schönes Haus im Zentrum dieser kleinen Stadt, wo er sich ganz seinem Lehramt und seinen Forschungen widmen konnte. 6. Philipp Reis war seiner Zeit weit voraus Als Reis seine Drähte 1860 von seinem Labor im Hinterhaus ins Institut Ganier über ca. 200m spannte, war niemand an der Über-tragung von Musik und Sprache interessiert. Ganz anders erging es Graham Bell 1878 mit seiner Erfindung des Telefons, die ebenfalls den Gleichstrom nutzte. Das Übertragungsprinzip war anders. Die durch Schall zu Schwingungen angeregte Eisenplatte (Membran) veränderte durch Induktion die Stärke des Stromes, der durch den gleichen Apparat beim Empfänger floß. Der Siegeszug begann. Schon wenige Monate später konnte über viele Kilometer hinweg telefoniert werden /4/. 1878 erfand Hyghes das „Loos-Contact-Microphon“, das auf dem Prinzip der elektrischen Leitfähigkeit von Kohlekörnchen beruht /6/. Während die Metallplatte von Bell hohe Sprachschallpegel benötigte, war das Kohlemikrofon empfindli-cher. Es dauerte dann bis 1925. Dr. Eugin Reiß entwickelte das erste hochwertige Kohlemikrophon für Rundfunkübertragungen, das noch bis in die 30er Jahre Anwendung fand /7/. Zur Zeit von Philipp Reis gab es kein Patentamt und kein Schutz eigener Erfindungen. Friedrichsdorf war abgeschirmt. In der Huge-nottenstadt war Umgangs- und Unterrichtssprache französisch. Reis ließ ca. 100 Telefone in Kombination mit der Hörstation in Frank-furt bauen. Sie wurden mit Gebrauchsanweisung in die Welt ver-kauft. Später gab es über die Rechte Streit. Angeblich war das Telefon von Philipp Reis unbekannt, was sich als falsch herausstell-te.
Literatur /1/ Reis, Ph.: Telefonie durch den galvanischen Strom, Jahresbericht des Physikalischen Vereins zu Frankfurt am Main (1861), aus Als Philipp Reis das Telefon erfand, herausgegeben von der Stadt Friedrichsdorf (1998) /2/ Jörges,Cl., Dol,H.: Telefone 1863 bis 2000, Museumsstiftung Post und Telekommunikation (2001) /3/ Archiv für deutsche Postgeschichte, Verlag: Gesellschaft für deut- sche Postgeschichte e.V. Frankfurt am Main, Heft 1 (1977) /4/ Beurer,K.: Johann Philipp Reis-Alexander Graham Bell, zwei Pionie-
re des Telefons, Telefon und Mensch, Museumsstiftung Post (2000) /5/ Cremer, L.: Vorlesungen über technische Akustik, Springer Verlag
(1975) /6/ Thompson,S.: Philipp Reis - Inventor of the Telphone, The Newark
Public Library (1883) /7/ Bore´,G.: Mikrophone für Studio und Heimstudio-Anwendungen,
Verlag Schiel und Schön, Berlin (1989)
Abb. 3 Telefon und Hörstation von Philipp Reis 1861
Abb.4 Frequenzgang des Telefons von Philipp Reis Anregung mit Control One Kleinbox mit Sinus-Gleitton, Messung an der Hörstation mit Körperschallempfänger Meßgerät UPL von Rhode und Schwarz
Abb. 5 Philipp Reis 1863 in seiner kleinen Werkstatt in Friedrichsdorf mit seinem Telefon und der Kabel- verbindung ins Wohnhaus
Batterie
Spule
Spule
Leitungsverbindung
Resonanzkasten
SingstationTelefon Hörstation
Taster
Taster
Taster und Spule als Rückrufgerät
30
40
50
60
70
80
20 40 80 160 320 640 1,3k 2,6k 5,2k 10,4k 20KFrequenz / Hz
Relat
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