Telefon
Ein Telefon (v. griech.: tele = fern, weit + phoné = Stimme), auch Fernsprecher genannt, ist ein Kommunikationsmittel zur Übermittlung von Tönen und speziell von Sprache mittels elektrischer Signale.
Umgangssprachlich wird meist nicht genau unterschieden zwischen dem "Telefon" als Gesamtsystem und dem "Telefon" als Endgerät des Telefonnetzes.
Das "System Telefon" (hier ist nicht das Endgerät gemeint) enthält 3 Hauptkomponenten:
- die Apparatur zur Umsetzung von Schall in elektrische Signale und zurück sowie Komponenten zur Steuerung der Verbindung, den eigentlichen Telefonapparat (auch Endgerät),
- die Fernsprech - Vermittlungsanlage (Ortsvermittlungsstelle),
- den Übertragungskanal - ursprünglich eine mit Gleichstrom gespeiste Doppelader, heute auch Zeitschlitze oder Funkkanäle.
Die Aufzählung ist nicht vollständig.
Telefonapparat
In Telefonapparaten wird der Schall durch ein Mikrofon in elektrische Signale gewandelt und beim Empfänger wieder als Schallwelle ausgegeben. Die Schallumwandlung auf der Senderseite kann unter Ausnutzung verschiedener physikalischer Effekte erfolgen. So ändert sich bei einem Kohlemikrofon der elektrische Widerstand unter der Einwirkung von Schallwellen. Ein Piezo - Mikrofon erzeugt unter der gleichen Einwirkung elektrische Spannungen, die in der Mikrofonkapsel gleich verstärkt werden. Mikrofone nach dem elektrostatischen Prinzip werden u.a. von der Fa. Ericson verwendet. Schließlich erzeugt eine Membran - Spulen - Anordnung unter Ausnutzung der elektromagnetischen Induktion eine Signalspannung.
Auf der Empfangsseite sind Bauteile nach dem Membran - Spule - Prinzip, heute oft auch Lautsprecher (elektrodynamisches Prinzip) eingesetzt. Piezoelektrische Hörkapseln finden ebenso Anwendung. Welche Wandler wo zum Einsatz kommen, hängt vom Baujahr und der Preisklasse des Gerätes ab. Der Frequenzbereich des übertragenen Schalls entspricht nicht dem Bereich, der vom Menschen gehört werden kann, er ist aus Gründen der Wirtschaftlichkeit der Signalübertragung eingeschränkt. Eine ausreichende Silbenverständlichkeit ist trotzdem gegeben. Hierzu wurden in den Anfagszeiten der Fernmeldetechnik umfangreiche Untersuchungen durchgeführt.
Weitere Komponenten steuern den Verbindungsablauf. Dies sind Gabelumschalter, Nummernschalter für den automatischen oder halbautomatischen Verbindungsaufbau, der Kurbelinduktor beim manuellen Verbindungsaufbau, Erdtaste und besonders im Bereich der Nebenstellenanlagen zahlreiche weitere Bedienelemente.
Vermittlungssystem
Mit dem Vermittlungssystem beziehungsweise dem Wähldienst wird von einem Telefon aus die Verbindung zu einem gewünschten Teilnehmer beziehungsweise dessen Telefonapparat hergestellt. Zur selektiven Verbindung mit einem anderen Fernsprechteilnehmer wurde in den Anfangszeiten der Fernsprechtechnik zunächst die Vermittlungsstelle ("Amt") angerufen und der Vermittlungswunsch mitgeteilt. Das Vermittlungspersonal stellte die gewünschten Verbindungen manuell durch Umstöpseln von Schnüren an einem Klappenschrank her.
Technische Weiterentwicklungen führten zum Selbstwähldienst mittels eines Nummernschalters (Wählscheibe). Hierbei wurde die gewählte Ziffer durch die entsprechende Anzahl von Stromunterbrechungen an die Vermittlungsstelle gesendet. Dort wurde über elektromechanische Schalter, so genannte Hebdrehwähler oder später über Edelmetall-Motor-Drehwähler (EMD) beziehungsweise bei Nebenstellenanlagen über Relais - Koppelfelder, der elektrische Verbindungsweg zum gewünschten Teilnehmer durchgeschaltet.
Heute ist der Nummernschalter meist durch einen Tastwahlblock ersetzt. Anstelle des Impulswahlverfahren ist bei digitalen Ortsvermittlungsstellen auch das weitaus schnellere Mehrfrequenzwahlverfahren (MFV), auch als Tonwahlverfahren bezeichnet, möglich. Hierbei werden die Ziffern durch zwei sich überlagernde Töne unterschiedlicher Frequenz repräsentiert, welche von der Vermittlungsstelle erkannt werden. Im Englischen wird dieses Verfahren als „dual tone multi-frequency“ (DTMF) bezeichnet.
Übertragungsmedium
Bis heute werden Telefone hauptsächlich über die Kabelnetze der Telefongesellschaften an die Orstvermittlungsstellen angeschaltet. Vor allem durch die Autotelefone und Mobiltelefone werden zunehmend auch kabellose Funkkanäle für die Telefonie benutzt. Zu Anfang liefen von jedem Telefon zwei Drähte an Telegraphenmasten zu einer Zentralstelle, wo sie auf Glühlampen - oder Klappenschränken abgeschlossen wurden. Bei diesem Prinzip gab es bald die von historischen Fotos bekannten unübersehbaren Gewirre von Leitungen und Telegraphenmasten in den Städten. Wegen der hohen Störanfälligkeit begann man später damit vieladrige Telefonkabel unterirdisch zu verlegen. Ab 1982 war mit Satellitentelefonen ein System verfügbar, mit dem ohne flächendeckende erdgebundene Infrastruktur weltweit telefoniert werden konnte.
Geschichte
siehe auch Erfindung des Telefons
Bevor sich die Sprachübertragung mittels elektrischer Signale durchsetzte, gab es mehr oder weniger erfolgreiche Versuche für nicht elektrisches Fernsprechen. Um 1670 stellte Samuel Moreland in London Versuche an, Sprache mit Instrumenten zu übertragen, die einer Trompete ähnelten. Die Idee wurde etwa 100 Jahre später von Johann Heinrich Lambert nochmals aufgegriffen. 1783 erschien in Paris anonym ein Prospekt unter dem Titel Über die Fortpflanzung des Schalls und der Stimme in Röhren [..]. Hiermit sollten Mittel für einen Großversuch eingeworben werden. Das Projekt kam bei einem geschätzten Stationsabstand von 4 km und wegen der damit verbundenen hohen Störanfälligkeit nicht zum Tragen. Im 19. Jahrhundert wurden Sprechrohrleitungen dann für lange Zeit in der Dampfschifffahrt eingesetzt.
Die Geschichte des Telefons beginnt eigentlich 1837, als der US-Amerikaner Samuel Finley Morse den Morsetelegraphen konstruierte. Damit wurde die für das Telefon wichtige Vorbedingung der Übermittlung von Signalen durch elektrische Stromleitungen bereits in die Praxis umgesetzt.
1854 legte der Pariser Telegraphenbeamte Charles Bourseul (1829-1912) ein Referat über mögliche Techniken der elektrischen Sprachübertragung vor. Dem folgten praktische Entwicklungen von prinzipiell funktionierenden Telefonapparaten unter anderem von Antonio Meucci, Johann Philipp Reis, Elisha Gray und Alexander Graham Bell.
Von diesen frühen Erfindern hatte jedoch nur Bell die organisatorischen Fähigkeiten, das Telefon über die Labor-Versuchsapparatur hinaus als Gesamtsystem zur Marktreife zu bringen. So brachte Bell 1876 in Boston (Massachusetts) das Telefon erstmals zur praktischen Anwendung.
Bells Gerät bestand aus einem Wandler, der abwechselnd als Mikrofon und als Fernhörer benutzt wurde. Es besaß eine biegsame Metallmembran, einen Stabmagneten und eine den Magneten umschließende Drahtspule. Die beim Besprechen erzeugten unterschiedlich starken Schallwellen versetzten die Membran in Schwingung. Durch den geänderten Magnetfluß wurden in der Spule elektrische Spannungen induziert. Die auf diese Weise in elektrische Signale umgewandelten Schallwellen wurden über eine Drahtverbindung zum Empfängertelefon weitergeleitet. In dessen Wandler fand nun der umgekehrte Prozeß statt. Der ankommende Sprechstrom erzeugte ein magnetisches Wechselfeld , das die Membran in Schwingungen versetzte wodurch wieder Schallwellen entstanden. Mit dieser einfachen Anordnung wurden im Oktober 1877 in Berlin erfolgreiche Übertragungsversuche über zunächst 6 Km, dann 26 Km und zuletzt 61 Km (!) durchgeführt.
Mit der Erfindung des Kohlemikrofones 1878 durch D.E.Hughes in Verbindung mit der Verbesserung des Hörers durch Werner von Siemens wurde eine wesentlich lautere Übertragung und damit ein Gespräch über größere Entfernungen ermöglicht. Das Telefon wurde nun mit einer Gleichspannung betrieben.
Für den Aufbau von Telefonverbindungen wurde zunächst die sogenannte Handvermittlung eingesetzt.
Um dem Anwender die Möglichkeit zu geben, selber seine Verbindung aufzubauen, begann Almon Strowger 1888 mit der Entwicklung eines automatischen Telefonvermittlungssystem. Am 10. März 1891 patentierte Almon Strowger dieses Vermittlungssystem (Automatic Telephone Exchange) unter der US Patent Nr. 447,918 [1] . Bei diesem System waren im Telefon für die Einer, Zehner und Hunderter der zu wählenden Rufnummer je eine Taste montiert, die der Ziffer entsprechend oft gedrückt werden mußte. Die Bedienung war entsprechend umständlich und fehleranfällig und der Installationsaufwand hoch, da jede Taste über eine eigene Leitung mit der Vermittlungsstelle verbunden war.
Weitere Selbstwahleinrichtungen für das Telefon folgten, wie der am 11. Januar 1898 von A. E. Keith und die Brüder John and Charles J. Erickson, die Mitarbeiter der "Strowger Automatic Telephone Exchange Company" waren, unter der US patent No. 597,062 [2] patentierte "Strowger finger-wheel sub station dial". Durch dieses Gerät wurde die Anzahl an Leitungsadern zur Übertragung der Wahlinformationen auf zwei reduziert.
Am 18. Mai 1923 patentierte der Franzosen Antoine Barnay den über lange Zeit in Telefonen gebräuchlichen Nummernschalter, der nach dem Impulswahlverfahren arbeitete. Der Einsatz von Nummernschaltern in Telefonen ist in Deutschland für das Jahr 1908 und in den USA mindestens ab 1907 dokumentiert.
1955 wurde von den Bell Telephone Laboratories das Mehrfrequenzwahlverfahren (MFV) entwickelt. Diese Art der Telefonwahl über Tasten ist heute die gebräuchlichste bei analogen Telefonen.
Mit der modernen Elektronik und Computertechnologie konnten die elektromechanischen Elemente durch Halbleiter-Bauteile ersetzt werden, die wesentliche Verkleinerungen des Gerätes und Ausstattungen mit immer mehr zusätzlichen Funktionen erlaubten und sowohl die Bedienung vereinfachen als auch andere Nutzungsmöglichkeiten - beispielsweise die akustische Raumüberwachung - bieten. Während beispielsweise die Anrufsignalisierung zunächst über einen elektromechanische Wecker erfolgte, ist diese jetzt durch einen elektronischen, meist einstellbaren Tonruf ersetzt. Zusätzliche Merkmale sind unter anderem Rufnummernübermittlung abgehender und ankommender Rufe, Nummernspeicher (Telefonbuch, Kurz- oder Direktwahl), Anrufweiterleitung, Konferenzschaltungen und Freisprechen. Darüber hinaus ist das Telefon selbst mittlerweile gelegentlich als Geräteeinheit mit weiteren Endgeräten wie Anrufbeantworter (meist mit Fernabfrage) und Telefax (siehe Bürosysteme) kombiniert.
Neben seiner primären Funktion für die Sprachkommunikation ist das Telefon mitsamt der hierfür notwendigen Übertragungs- und Vermittlungstechnik wesentlicher Bestandteil eines weltweiten Nachrichtennetzes, über das neben der Sprache Informationen jeder Art übertragen werden können.
Literatur
- Collard, J. (1928/29). Theoretische Studie über Artikulation und Verständlichkeit in Telefonstromkreisen.
- Fletcher, H.; Steinberg H.C.(1229). Articulation testing methods.
- Kaszynski/Schönhoff (1991). Fernsprechendgeräte. Berlin: Verlag Technik GmbH. Mit sehr umfangreicher Bibliographie.
Weblinks
- Museumsstiftung Post und Telekommunikation
- Virtuelles Museum für Telekommunikation
- "Museum für Kommunikation" in Bern (Schweiz)
- "Forum für Alte und Historische Telefone""