TRANSMETTEURS A CHARBON ET MICROPHONES

L'invention du premier transmetteur à charbon est due à Edison qui le construisit dès Tannée 1876, tout au commencement de la découverte de Graham Bell. Le premier microphone^ de date plus récente, est dû à M. Hughes^ Finventeur du télégraphe imprimeur, qui l'a montré pour la première fois en janvier 1878 aux fonctionnaires de la Submarine Telegraph Company,

Le principe que MM. Edison et Hughes ont appliqué les premiers à la transmission électrique des vibrations sonores, — nous prenons à dessein ce mot vague et général, — a été découvert, en 1856, par M. le comte du Moncel.

A la suite de nombreuses recherches sur les interrupteurs électriques, M. du Moncel a constaté que la pression exercée au point de contact entre deux corps conducteurs appuyés l'un sur l'autre pouvait influer considérablement sur l'intensité électrique développée.

Cette variation au point de contact est d'autant plus grande que les conducteurs présentent plus de résistance, qu'ils sont plus ou moins durs et qu'ils sont plus ou moins bien décapés. Le principe découvert par M. du Moncel fut appliqué en 1865 par M. Clérac, fonctionnaire des lignes télégraphiques, à un rhéostat à charbon formé d'un tube rempli de plombagine dans lequel un disque mobile, formant électrode, pouvait, en pressant plus ou moins la plombagine, faire varier, dans un rapport assez grand, la résistance de cette substance.

Téléphone & charbon d'Edison. — Le transmetteur à

charbon d'Edison a reçu un grand nombre de formes depuis le premier appareil construit en 1876.

Il (fig. 95) se compose actuellement d'une embouchure en ébonite, d'une lame vibrante et d'un disque de charbon préparé, de la grandeur d'une pièce d'un franc, placé sur un support qu'on peut à volonté écarter ou rapprocher de la plaque vibrante à l'aide d'une vis disposée sur la face postérieure du parleur. Une petite plaque de platine surmontée d'un bouton en ivoire, en forme de goutte de suif, vient s'appliquer sur la face supérieure de la pastille de charbon.

Les vibrations de la plaque se transmettent à la pastille par la petite plaque de platine, les variations de pression produites par les vibrations font varier la résistance électrique de cette pastille de charbon intercalée dans le circuit d'une pile et d'un récepteur (téléphone magnétique de Bell, Phelps, Ader, etc.), et le font vibrer synchroniquement. En pratique cependant, le courant de la pile transformé par le parleur en courant ondulatoire n'est pas envoyé directement dans le récepteur, mais il est localisé, traverse le fil inducteur d'une petite bobine d'induction, et c'est le fil induit qui est en communication avec le téléphone récepteur du poste opposé. Avant d'aller plus loin, nous devons faire connaître les raisons de cette disposition spéciale.

Emploi des courants induits dans les téléphones & pile. — Le rôle du transmetteur dans les téléphones à pile se réduit, comme nous l'avons vu, à faire varier la résistance électrique du circuit, variation qui se traduit aussitôt par une variation proportionnée, et en sens inverse, dans l'intensité du courant qui le traverse.

Pour une vibration donnée, le changement dans la résistance du circuit aura une valeur fixe donnée, que nous supposerons être de un ohm pour fixer les idées. Si le circuit total a une faible résistance, dix ohms par exemple, la variation de un ohm produite dans le transmetteur fera varier l'intensité de un dixième de sa valeur totale, et par suite le téléphone récepteur, qui agit sous Tinfluence des variations d'intensité, vibrera énergiquement et

parlera avec une certaine puissance. Si, au contraire, la résistance totale du circuit est grande, mille ohms par exemple^ les variations d'intensité ne seront plus que de un millième de Tin* tensité totale, intensité que rallongement de la ligne aura ellemême affaiblie dans une grande proportion.

Il faudrait donc, pour obtenir un effet aussi puissant que dans le premier cas, augmenter le nombre des éléments de la pile ainsi que les variations de résistance, par la multiplication des disques de charbon, par exemple; mais leur nombre ne peut pas être augmenté indéfiniment, car ils introduisent dans le circuit leurs résistances propres qui viennent contrebalancer ravantage résultant de contacts multiples. A un moment donné, il y a équilibre, et en augmentant leur nombre, l'effet est plus nuisible qu'utile.

La difficulté a été habilement vaincue par M. Edison en employant une disposition appliquée déjà en i874 par M. Elisha Gray à son téléphone musical. Au lieu d'envoyer le courant du transmetteur directement sur la ligne, M. Edison lui fait traverser seulement le gros fil d'une bobine d'induction sans trembleur. Le fil fin ou fil induit correspond avec la terre par une de ses extrémités; la seconde est attachée à la ligne, traverse le téléphone du poste récepteur et va à la terre. Le transmetteur n'agit plus que sur une faible résistance, représentée seulement par la pile, le transmetteur et le fil inducteur : ses variations de résistance ont nlors une assez grande valeur relative : elles se traduisent dans le fil inducteur par des variations correspondantes d'intensité et, dans le fil induit, par des courants d'induction d'une amplitude proportionnelle. Mais, d'autre part, comme nous l'avons vu à propos du rôle des bobines d'induction, les courants développés dans le fil induit acquièrent dans la bobine une grande tension qui leur permet de franchir de grandes résistances, et cette propriété a permis de téléphoner k des distances considérables avec le courant de trois piles Leclanché.

Voici maintenant comment fonctionne le téléphone Edison. Les courants d'intensité variable modulés par le transmetteur

238 LA PHYSIQUE MODERiNE.

traversent le fil inducteur, et eu égard à la faible résistance totale du circuit, font varier l'intensité entre des limites assez éloignées : ces courants ondulatoires influencent alors le récepteur comme dans le téléphone Bell.

La pastille de charbon qui constitue Tâme du transmetteur mérite une mention spéciale. Elle est fabriquée à Faide du noir de fumée provenant de la combustion de lampes à pétrole à mèche trop longue dans un espace à peu près clos. On agglomère ensuite ce noir de fumée en le comprimant légèrement sous une presse à balancier. On en forme ainsi une pastille assez friable, mais d'une solidité suffisante lorsqu'elle est prise entre les deux plaques de platine qui la maintiennent, et d'une sensii)ilité extrême au point de vue de la variation de sa résistance électrique avec la pression.

Modifications diverses du téléphone à charbon. — Nous avons vu déjà que M. Navez^ colonel d'artillerie belge, avait employé plusieurs disques de charbon.

Dans le téléphone de MM. Pollard et Gamier^ le transmetteur se compose de deux pointes de mine de plomb, placées sur des porte-crayons métalliques, appliquées par le bout contre la lame vibrante avec une pression qui doit être réglée. Comme dans le téléphone d'Edison, c'est le courant induit provenant l'une petite bobine qui va au récepteur. M. Hellesen a combiné un téléphone à réaction dans lequel le transmetteur est formé par un crayon de charbon venant s'appliquer contre la plaque, et par un véritable électro-aimant creux dont le gros fil est traversé par le courant de la pile après avoir passé par le crayon de charbon et la plaque.

Le transmetteur de M. Righi se compose d'une plaque portant un disque plat venant exercer une pression variable sur de la poudre de plombagine mêlée à de la poudre d'argent placée dans une petite auge au-dessous du disque. Ce transmetteur ne peut fonctionner (^ol horizontalement^ ce qui est un inconvénient à son emploi. Le récepteur est un téléphone Bell de grandes dimensions dont la plaque vibrante est constituée par une feuille

de parchemin au centre de laquelle est fixé un petit disque de fer doux. Il n'est pas employé en pratique.

Électroplione de M. Ader. — Le transmetteur est constitué par une sorte de porte-crayon mobile en bois terminé par une soucoupe devant laquelle on parle. L'extrémité de ce portecrayon se termine par un petit cylindre de charbon arrondi à son extrémité et qui appuie sur un second morceau de charbon fixe de plus grande section. Le courant traverse le charbon fixe, le petit crayon mobile et sort par un fil très fin et très élastique pour rejoindre la ligne. En maintenant l'appareil vertical, on rompt le circuit ; en Tagitant, on produit des chocs qui se traduisent sur le récepteur par des bruits intenses pouvant être entendus à une assez grande distance ; en tenant l'appareil un peu incliné, il y a un léger contact entre les deux charbons et la transmission téléphonique directe, sans bobine d'induction, s'effectue très nettement et avec une grande puissance.

Le récepteur est un tambour de basque de 15 à 18 centimètres de diamètre, tendu d'une feuille de parchemin, sur lequel sont fixées six petites armatures en fer-blanc très minces et très étroites disposées sur un cercle de 6 centimètres de diamètre.

En face de ces armatures sont placés six petits électro-aimants microscopiques, chacun d'eux pouvant être réglé séparément à l'aide d'une vis. Les six petits électro-aimants sont tous disposés en tension et agissent simultanément sur leurs armatures dans le même sens avec une très grande rapidité.

Avec ce récepteur, la parole peut être entendue à 5 ou 6 mètres de distance en employant le transmetteur que nous avons décrit, mais le réglage en est fort difficile, car la membrane est trop sensible à la chaleur et à l'humidité.

Transmetteur de M. Blake. — Ce système constitue un parleur assez puissant très employé aujourd'hui en Angleterre, avec les courants induits et le téléphone Bell comme récepteur. Le contact à résistance variable est constitué par deux organes mobiles indépendants du diaphragme et toujours en contact léger l'un avec l'autre. On remplace la rigidité d'une des parties

par son inertie en fixant le charbon sur une masse pesante, la seconde partie du contact est formée par un petit grain de platine pressé légèrement contre le charbon par un petit ressort. Le contact des deux pièces n'étant jamais rompu, il n'y a pas de crachements résultant de la rupture et du rétablissement brusques du circuit.

Microplione de M. Hughes. — Le microphone n'est autre chose qu'un transmetteur téléphonique de forme spéciale, mais il doit son nom, qui lui a été donné par M. Hughes, son inventeur, aux résultats qu'il permet d'obtenir.

Le microphone est en réalité un appareil amplificateur des vibrations mécaniques de faible intensité qu'il transforme en courants ondulatoires. Ces courants ondulatoires envoyés dans un téléphone récepteur produisent très souvent des vibrations

Fig. 96. — Microphone élémentaire.

sonores d'une intensité beaucoup plus grande que la cause qui leur a donné naissance. Il joue donc en acoustique, par rapport aux sons faibles, le rôle que le microscope joue en optique par rapport aux petits objets.

Il sera plus facile, après avoir décrit les appareils si simples de M. Hughes, d'expliquer comment ces résultats si incroyables et si imprévus peuvent être obtenus.

L'appareil le plus simple employé par M. Hughes dans ses

TÉLÉPHONES D'ARTICULATIOiN. 24!

nombreuses recherches est représenté figure 96. Deux clous A sont fixés sur une planchette horizontale, à la distance d'environ un millimètre Tun de Tautre. Les fils X et Y fixés à ces clous conduisent à une pile B etàun téléphone, de sorte que Tintervalle des clous forme la seule interruption dans le circuit. En posant un troisième clou en travers des deux premiers, le courant passe

Fig. 97. — Microphone de M. Hughes. Audition à distance du bruit produit par la marche d'insectes.

par les points de contact des deux clous qui forment un contact imparfait auquel Fappareil doit toute sa sensibilité, et cet appareil constitue un transmetteur téléphonique parfait. Des paroles dites, des airs chantés à ce petit clou, qui peut danser sur les deux autres au son de Tarticulation et de la note émises, sont instantanément transmis au récepteur, à l'autre extrémité de la ligne, avec une puissance et une netteté merveilleuses. L'efifet produit est encore meilleur avec des baguettes de charbon.

Hospitalier. — Électriciié. 2* édition. 16

Mais Tappareil le plus sensible que le professeur Ilughes ail construit, et qui est resté, sauf des modifications peu importantes, le microphone classique^ est représenté figure 97.

Il consiste en un petit crayon de charbon de cornue A terminé en pointe à chacune de ses extrémités : il est légèrement soutenu dans une position verticale entre deux godets creusés dans deux petits dés de charbon CC, fixés contre une table mince d'harmonie posée sur un plateau solide D (fig. 97). Ces dés CC sont reliés à la pile et au fil de ligne qui conduit au téléphone. Cet instrument, dans sa grossière ébauche, est d'une surprenante et merveilleuse délicatesse.

Il convertit en bruits sonores, non seulement les notes de musique et les paroles, mais les vibrations les plus faibles et les bruits même imperceptibles. Le coup le plus léger, le moindre contact contre le plateau suffit pour produire dans le téléphone un grincement bruyant. La pointe d'un pinceau promenée sur le plateau, la chute d'une petite balle de coton, produisent un véritable vacarme dans le récepteur ; la promenade d'un insecte ou d'une mouche sur le plateau D est perçue avec une netteté parfaite par une personne dont l'oreille est placée contre le téléphone placé à distance et même à plusieurs kilomètres du transmetteur.

Effets produits dans le microphone. — Nous pouvons nous rendre compte maintenant des difiTérences, assez légères du reste, qui caractérisent le transmetteur à charbon d'Edison, et le microphone sous la forme simple que lui a donnée M. Hughes.

Dans les deux appareils, l'action téléphonique ou microphonique est produite par des variations de résistance électrique résultant des vibrations communiquées au transmetteur.

Dans le téléphone à charbon d'Edison, ces vibrations agissent sur une plaque qui vient exercer des pressions variables sur un disque peu consistant ; dans le microphone de M. Hughes, les vibrations agissent pour changer les points et les surfaces de contact.

11 y avait donc lieu, à Vorigine^ de considérer les inventions

(l 'Edison et de M. Hughes comme deux inventions distinctes autant par les effets produits que par les procédés employés à les produire.

Une série d'appareils est venue, depuis, combler la ligne de démarcation qui séparait ces deux inventions au moment de la découverte de M. Hughes. Aujourd'hui la distinction n'est plus toujours facile à faire, Ton peut désigner sous le nom générique de traiismetteurs à charbon tous les microphones et parleurs microphoniques dont on avait fait, dans le principe, deux classes distinctes.

On conçoit facilement comment le microphone de M. Hughes peut transmettre les bruits les plus faibles en les amplifiant si Ton examine ce qui se passe dans un contact microphonigue. Prenons par exemple l'insecte marchant sur la planche du microphone (fig. 97).

Chaque pas effectué par l'animal produit un petit mouvement mécanique, qui n'est pas de nature à impressionner l'oreille, mais qui agit sur le contact microphonique, déplace, change les points de contact, ce qui se traduit par des variations d'intensité du courant. Ces petits déplacements mécaniques sont d'autant plus faciles à effectuer que le crayon de charbon est dans un équilibre plus instable, et, en pratique, il faut proportionner cette sensibilité à la nature des sons que l'on veut transmettre.

Depuis le transmetteur à charbon d'Edison et le microphone de M. Hughes, on a bien imaginé plus de deux cents dispositions de transmetteurs téléphoniques se rapprochant plus ou moins de ces inventions originales. Ne pouvant les décrire toutes, nous ne signalerons que les principales ; on verra par ces quelques exemples que leur nombre peut varier à l'infini.

Nous ne citons d'abord que pour mémoire les microphones de MM. Dticretet, Trouvé^ Varey, etc. On y retrouve toujours le charbon vertical enchâssé dans deux petits cubes de charbon, comme dans l'appareil original de Hughes. On s'est ensuite attaché à la multiplicité des contacts pour augmenter la sensi*

bilité des transmelleurs, et les appareils que nous allons décrire maintenant sont ceux qui, jusqu'ici, ont donné les résultats les plus satisfaisants dans cette voie.

Le microphone de Crossley^ très employé en Angleterre, se compose de quatre crayons de charbon disposés en losange sur une plaque vibrante horizontale devant laquelle on parle à une certaine distance. Il est employé à Paris concurremment avec le transmetteur Ader.

Transmetteur de M. G. Ader. — Ce microphone est aujourd'hui de beaucoup le plus employé en France. C'est celui qui a fonctionné à l'Exposition pour les auditions théâtrales télé-

Fig. 98. — Vue en dessous et coupe longitudinale du transmetteur de M. Ader disposé sur un socle en plomb pour les auditions téléphoniques théâtrales.

phoniques, et qui tend^ à remplacer les transmetteurs à charbon d'Edison sur le réseau de la Société générale des téléphones. La fig. 98 le représente en coupe longitudinale et en vue en des sous.

Il se compose de dix petits crayons de charbon AA disposés en deux séries de cinq et s'appuyant par leurs extrémités sur trois traverses BCD en charbon fixées sur une petite planchette en sapin qui reçoit les vibrations et sert en même temps de couvercle à l'appareil. Il est assujetti sur un socle en plomb P supporté par quatre pieds en caoutchouc, afin d'empêcher les trépidations du plancher de la scène d'arriver jusqu'au transmetteur.

Cette précaution est essentielle, surtout à l'Opéra où, pendant la danse, le plancher fortement ébranlé produirait dans le système des crachements fort désagréables. Grâce à la disposition imaginée par M. C. Ader, les secousses s'emmagasinent dans les pieds en caoutchouc et, à cause de l'inertie de la masse de plomb, ils ne parviennent pas au transmetteur qui n'est alors influencé que par les ondes sonores de l'air. (Voy. page 280.)

Transmetteur microphonique de ICM. Paul Bert et d'Arsonval. — Dans ce transmetteur tous les contacts sont montés en quantité. Chaque contact se fait séparément avec une grande légèreté qui assure la sensibilité, le courant se divise entre tous les contacts qui constituent autant de microphones séparés et diminuent la résistance proportionnellement à leur nombre. MM. Paul Bert et d'Arsonval ont construit plusieurs modèles de ces microphones. Dans les uns, le réglage s'efifectue par la poussée d'un liquide, le mercure, comme dans le téléphone Hopkins à un seul contact (1) ; dans d'autres, on emploie des ressorts, ou les attractions magnétiques qui constituent un ressort sans poids, dans d'autres enfin la pesanteur. La figure 99 représente ce dernier système. Il se compose d'une caisse de résonnance semblable à celle des instruments à corde ou d'une simple planchette légère d'ébonite ou de sapin qui porte la série des contacts.

Ces contacts consistent en une série de petits cylindres nickelés qui, enfilés sur un axe commun métallique, pendent vertica-

(ï) Voir 1« édition, page 263.

lement sur une des faces de la boîte. Leur mouvement est indépendant, et chacun d'eux vient s'appuyer sur une baguette transversale de charbon à lumière servant de collecteur et qui reçoit les vibrations de la caisse de résonnance ou de la planchette. La pression de ces crayons sur le collecteur est plus ou

Fig. 99. — Microphone de MM. Paul Bert et d'Arsonval.

Charbons C, cnrermés dans des tubes nickelés. Les vibrations de la parole sont transmises au centre par un tube muni d'un pavillon. — Sur une boîte de résonnance sont enfilés les crayoD< métalliques C qui reposent sur le charbon B. Lo courant entre par A, traverse C, où il se divi^Cr et ressort en A.

moins forte, suivant l'inclinaison qu'on donne à la caisse, qui peut être montée sur un pied à charnière, ou suspendue dans une salle par les deux fils qui lui portent le courant. Le courant arrive par l'axe supérieur, se divise entre les crayons et sort par le collecteur. Le nombre des contacts peut être aussi grand qu'on le désire, ainsi que les dimensions de la caisse.

Microphone de M. Boudet, de Paris. — Dans ce système les contacts sont montés en tension, au lieu d'être établis en dérivation comme dans Tappareil précédent. Ce transmetteur représenté figure 100 se compose d'une embouchure E fixée à Textrémité d'un tube de verre T d'un centimètre de diamètre, fixé lui-même sur un pied à genou, ce qui permet de faire prendre à Tensemble de l'appareil toutes les inclinaisons.

L'embouchure porte une plaque d'ébonite de 1 millimètre d'épaisseur, sur laquelle est fixée une masse de cuivre M* qui pénètre un peu dans le tube de verre. Dans ce tube, se trouvent six boules de charbon de cornue d'un diamètre un peu plus petit, de façon à pouvoir s'y mouvoir très librement.

Le microphone est complété par une seconde masse de suivre RP s'appuyant sur le fond d'une culasse creuse K, par l'intermédiaire d*un petit ressort en spirale non représenté sur la figure. La vis V fixée sur l'étrier Q sert à régler la pression de la masse M* contre les boules. Les variations de résistance du microphone se produisent également sur tous les contacts des boules, parce que, en parlant devant l'embouchure, les vibrations se transmettent presque instantanément, comme dans l'expérience bien connue des billes de billard.

Transmetteurs divers. — Nous devons arrêter là notre description de transmetteurs microphoniques; pour être complète, elle exigerait un volume. Les modifications apportées aux appareils ont d'ailleurs porté sur tous les points.

Pour concentrer les vibrations, M. Maiche emploie une sorte de grande cloche en verre, un globe de pendule, couché sur le côté. On parle devant l'ouverture et les vibrations se transmettent à un contact microphonique reposant sur la partie supérieure.

Dans le pantélép/ione (?) de M. Locht-Labyc, la parole met en vibration une plaque de liège suspendue à deux ressorts très légers ; le contact microphonique est formé par une pastille de charbon collée sur celte plaque et un butoir fixe en cuivre ou en platine contre lequel elle vient s'appliquer.

On a essayé aussi de remplacer le charbon par d'autres subs-

tances. M. C. Berz a étudié dans ce but des métaux réduits en poudre et agglomérés, par un moyen chimique, avec une sorte de ciment non conducteur. Les résultats ne paraissent pas avoir été meilleurs ni moins bons qu'avec le charbon.

Nous avons vu jusqu'ici deux modes de montage des transmetteurs microphoniques; la première consiste à placer le transmetteur dans le même circuit que la pile, la ligne et le récep-

Fig. 100. — Microphone de M. le D' Boudct, de Paris.

teur ; le second consiste h faire traverser le courant de la pile au fil inducteur d'une bobine d'induction et de mettre la ligne en relation avec le fil induit,

M. C. Berz a étudié un troisième mode de montage qui paraît lui avoir donné de bons résultats. Ce montage consiste à disposer le transmetteur et la ligne en dérivation sur la source électrique. D'après les lois des courants dérivés, on sait que le courant se partage en raison inverse des résistances qu'il rencontre ;

en faisant varier la résistance de la dérivation sur laquelle est établi le transmetteur, on modifie donc le courant qui traverse la ligne et le récepteur.

Le montage en circuit simple, c'est-à-dire celui qui consiste à disposer le microphone, la pile, le récepteur et la ligne à la suite les uns des autres sur un même fil, ne convient que pour les lignes très courtes et les expériences de laboratoire; pour les lignes un peu longues, Texpérience décidera du choix à faire entre le système à bobine d'induction et le système à dérivation.

Il est très difficile de formuler une opinion relativement h la valeur des transmetteurs microphoniques que nous venons de décrire. Chacun a des qualités spéciales qui en recommandent l'emploi suivant les applications qu'on a en vue, aussi ne faut-il pas s'étonner de voir chaque inventeur prétendre, — avec raison, — que son appareil est le meilleur. Chacun d'eux est en réalité le meilleur lorsqu'on l'applique dans les conditions les plus favorables à son bon fonctionnement.

Avant de passer en revue les difTérentes applications du téléphone, nous allons examiner, sous le titre de téléphones spéciaux, une série d'appareils dans lesquels les actions téléphoniques sont produites par des phénomènes d'un ordre tout difTérent de celles que nous avons examinées jusqu'ici. Cet examen nous permettra d'établir une théorie plus complète des actions multiples qui sont en jeu dans les transmissions téléphoniques, et de bien définir le rôle de chacun des organes qui constituent ces merveilleux instruments.