Transmission en duplex sur les lignes sous-marines

— Les systèmes de réception précédents permettent d'obtenir sur les plus longs câbles une vitesse de transmission presque égale à celle que donne Tappareil Morse sur des lignes aériennes de moyenne longueur. On peut utiliser la disposition en duplex moyennant quelques précautions spéciales que nous allons indiquer, et alors le rendement est doublé.

On a vu que Stearns est arrivé à réaliser des lignes artificielles à Taide de la combinaison d'un condensateur et d'une résistance. On ne peut toutefois, par ce système, arriver à supprimer les faux signaux sur les longs câbles sous-marins, sur lesquels la durée de la période variable est bien plus longue que celle qu'on peut obtenir sur une ligne artificielle composée d'un seul rhéostat et d'un condensateur.

Le câble constitue un condensateur continu, et la charge est répandue sur toute la longueur du conducteur, au lieu d'être localisée en un point. Pour se rapprocher de ces conditions, on a imaginé différents artifices dont le meilleur est dû à M. Muirhead. Cet inventeur forme un véritable câble artificiel au moyen d'un condensateur de forme spéciale. L'une des armatures est constituée par des zigzag en étain formant un circuit résistant ; les feuilles de l'autre armature sont réunies entr'elles à la manière ordinaire. Le diélectrique est choisi de manière à présenter une charge résiduelle comparable à celle de la gutta-percha qui isole le câble. La période variable peut ainsi être rendue la môme dans la ligne véritable et dans la ligne artificielle du duplex.

TELEPHONES ELECTROMAGNETIQUES.

663. — But. Rappel de principes d'acoustique. — La téléphonie a pour objet la transmission de la parole à distance. Le jeu des appar'eils qu'elle emploie est basé, en partie, sur des principes d'acoustique que nous croyons devoir rappeler d'une manière sommaire.

Propagation du son. Le son se propage dans les corps par ondes de vibrations longitudinales. Si cette propagation a lieu dans un milieu gazeux, dans Tair par exemple, celui-ci est, en chaque point, alternativement condensé et dilaté, de telle sorte que la courbe des dépressions en fonction du temps présente une forme sinusoïdale. Pendant un certain temps t^ la pression de Tair est plus grande que la pression normale ; puis , pendant le temps t suivant , elle est plus petite.

( ' ) WiETLisBACH , Traité de Téléphonie industrielle , traduction Marinovitch, Paris, Tignol.

pREKCE et Maier, Le Téléphone^ traduction Floren, Paris, Baudry.

La durée 2f d'une vibration complète, correspondant à deux ondulations successives et opposées, porte le nom de période.

Si plusieurs sons se propagent simultanément, la dépression en un point déterminé, à un moment quelconque, est la somme algébrique des dépressions dues aux différents sons.

On distingue trois qualités principales dans un son :

1° La hauteur^ qui dépend du nombre de périodes par seconde. Pour une môme note, quel que soit Tinstrument qui la produit, la durée d'une vibration complète est toujours la même, i/435*^ de seconde, par exemple , pour le la du diapason.

2° U intensité ^ qui est fonction de Tamplitude des vibrations produites et par laquelle un son fort se distingue d'un son faible. Plus l'intensité est grande, plus loin s'entend le son.

3*^ Le timbre, qualité qui nous fait distinguer deux sons de

même hauteur émis par des instruments différents. Il est dû à des

sons harmoniques tenant aux résonnances de diverses parties de

l'instrument. Ces notes sont d'amplitude moindre que le son

fondamental auquel elles se superposent.

La transmission simultanée d'un son et de ses harmoniques peut être comparée, en faisant bien entendu la distinction entre les deux genres d'ondes , à la propagation d'une grande vague dont la surface est ridée par toutes les petites vagues qui s'y ajoutent.

Production de la parole. Ce sont les harmoniques qui permettent l'émission de la parole. Celle-ci est due à l'action de l'air projeté par les poumons sur des membranes à tension variable, appelées cordes vocales, disposées au fond du larynx; les cordes vocales donnent le son fondamental , qui peut être le même quelle que soit la lettre de l'alphabet prononcée, et la conformation de la bouche au moment de l'émission du son détermine la production des sons harmoniques caractérisant chaque lettre.

Différents instruments se prêtent à l'étude des ondulations de la parole et à la vérification des principes que nous venons de rappeler. Supposons, par exemple, qu'un diaphragme portant un style de platine soit disposé devant un cylindre animé d'un mouvement de rotation et recouvert de cire. A l'état normal, le style trace dans la cire un sillon de profondeur constante. Mais si Ton parle devant le diaphragme, l'air exhalé par les poumons fait vibrer

TÉLÉPHONES ELECTROMAGNETIQUES. Sig

celui-ci ei le style creuse un sillon inégal dont les variations de profondeur représentent les ondulations de la parole.

Si l'on fait repasser le cylindre sillonné sous le style, en for^'ant ce dernier à suivre toutes les inégalités du fond du sillon , le diaphragme, entraîné par le style^ exécute de nouveau toutes les vibrations qu'il avait effectuées sous Faction de la voix. Ces vibrations sont transmises à Tair et les sons produits ne diffèrent des sons émis antérieurement devant l'instrument que par leur moindre intensité et un timbre spécial dû au diaphragme. C'est là le principe du phonographe Edison.

Conclusion, Des considérations qui précèdent nous pouvons tirer une conclusion importante au point de vue de la téléphonie, à savoir que, s'il suffit, pour la transmission de la musique et du chant, que l'appareil téléphonique recueille pour les propager les ondulations de grande amplitude correspondant aux sons fondamentaux, il est absolument nécessaire, pour la transmission de la parole , que cet appareil reproduise aussi les vibrations de très petite amplitude qui distinguent entr'elles les voyelles et les consonnes.

664. — Téléphone électromagnétique de Bell. — C'est à M. Graham Bell que revient l'honneur d'avoir, en 1876 , construit le premier instrument permettant la transmission de la parole.

La fig. 418 montre la disposition du modèle primitif, encore très répandu, du téléphone Bell. Un aimant droit m est entouré à Tune de ses extrémités par, une bobine de Hl dont les bouts sont

Fig. 418.

reliés à des bornes. Devant celte extrémité de l'aimant, et normalement à celui-ci , se trouve une plaque mince de fer encastrée sur son pourtour. Le tout est enfermé dans une gaine en bois ou en ébonite g. Un pavillon vissé sur la gaîne maintient le diaphragme et fait fonction d'embouchure. Une vis de réglage permet de modifier Técartement entre le noyau et le diaphragme.

33o TÉLÉPHONIE.

Cet appareil peut servir à la fois de transmetteur et de récepteur. Deux instruments de ce genre, reliés par une ligne, permettent donc d'établir une correspondance téléphonique.

Lorsqu'on parle dans le pavillon de Tun des appareils, les ondes sonores engendrées viennent frapper le diaphragme ; celui-ci reproduit par résonnance exactement toutes les vibrations des sons fondamentaux et harmoniques émis. A chaque impulsion , le diaphragme s'approche de Textrémité de Taimant, puis s'en éloigne par son élasticité ; ces mouvements changent la distribution du champ magnétique de Taimant et modih'ent le nombre des lignes de force qui traversent la bobine. Le rapprochement du diaphragme accroît le flux qui traverse celui-ci pour se rendre au pôle opposé et augmente par suite le nombre des lignes de force dans la bobine.

Il résulte de là que chaque onde sonore fait naître dans la bobine une onde de courant induit de même durée et d'intensité correspondante.

Le courant ondulatoire ou périodique ainsi produit est reçu dans la bobine du second appareil. Là, chaque onde électrique fait varier l'intensité du champ magnétique du récepteur et, en conséquence , raîmaniaiion de toutes les pièces de fer situées dans le champ.

Analysons Teffet de ces variations. Ainsi que Page Ta observé, toute variation. magnétique d'une pièce de fer est accompagnée de la production d'un son provenant des changements d'orientation des molécules magnétiques. Par suite de ces mouvements moléculaires, les pièces se déforment et l'air ambiant est mis en vibration. Chaque onde électrique engendre ainsi une onde sonore , les sons émis au poste transmetteur sont reproduits et peuvent être entendus par Toreille appliquée contre !e pavillon du récepteur.

Indépendamment de ces vibrations moléculaires, il se produit des vibrations transversales du diaphragme récepteur, occasionnées par les variations magnétiques du noyau, lesquelles déterminent des modifications correspondantes dans la force attractive de ce dernier.

Le rôle de ces mouvements d'ensemble du diaphragme est d'amplifier les ondes sonores recueillies; mais ce rôle peut devenir pernicieux si le son propre du diaphragme vient se superposer aux ondes de la parole. Si, par exemple, le diaphragme n'est fixé que

TÉLÉPHONES ÉLECTROMAGNÉT'IQUES. 33 I

par un point, de manière à vibrer librement , il renforce les ondes sonores correspondant à sa période de vibration propre au détriment des autres, et le timbre de la parole est altéré.

665. — Meilleures conditions de transmission et de réception.

— Les sons perçus avec le téléphone Bell au poste de réception sont beaucoup plus faibles que ceux émis au poste de transmission. Cet affaiblissement est dû, en premier lieu , à ce que le transmetteur n'est frappé que par une fraction des ondes sonores émises. En outre, il se produit des pertes dans la transformation de Ténergie mécanique des ondes sonores en énergie électrique, dans le transport de cette dernière sur la ligne et dans sa nouvelle transformation effectuée par le récepteur. Il y a là une transmission de puissance mécanique à faible rendement. Enfin, Toreille ne perçoit qu'une fraction des ondes produites à l'arrivée.

L'idée la plus naturelle pour améliorer le rendement et renforcer la parole perçue est de donner au diaphragme du téléphone de grandes dimensions. Mais Texpérience montre qu'il y a pour ces dimensions des limites au delà desquelles l'accroissement d'intensité des sons est obtenu aux dépens de leur netteté, par suite de ce que les sons propres des diaphragmes s'ajoutent aux sons émis et aux sons reçus.

Le son fondamental propre du diaphragme doit dépasser en hauteur le son le plus élevé de la voix humaine iut^). Un diaphragme de lo cm de diamètre et de i mm d'épaisseur ou de 3 cm sur o,i mm satisfait à cette condition.

Il convient d'encastrer solidement le diaphragme, afin d'empocher le grincement dû aux déplacements de la lame dans son support.

Enfin, il faut s'opposer à la déformation des sons par la résonnance de la masse d'air enfermée dans le téléphone et, dans ce but, adopter une chambre d'air aussi réduite que possible.

Pour augmenter l'amplitude dos sons, on peut songer à accroître rîntensité du champ dans lequel se meut le diaphragme ; toutefois, il y a une limite qui dépend des dimensions de ce dernier. Il ne faut pas perdre de vue, en effet, que les ondes électriques transmises et les ondes sonores reçues sont en rapport avec la déformation des lignes de force. Or , les champs très intenses

opposent une grande résistance à cette déformation. On s'en est aperçu lorsqu'aux aimants on a voulu substituer des électroaimants.

La force avec laquelle le noyau agit sur Tarmaiure est proportionnelle au carré de l'intensité des pôles du noyau

la variation de cette force est ^/= 2k m A m.

On voit que la variation est nulle pour m= o^ c'est à dire lorsque le noyau est à Tétat neutre et pour \m = o. Ces deux conditions montrent que le noyau doit être polarisé , mais non saturé, car, dans ce cas, les variations seraient nulles.

On a reconnu que les meilleurs résultats sont obtenus au moyen d'appareils dans lesquels le champ magnétique est concentré autant que possible dans la région occupée par le diaphragme et la bobine. Cette condition est atteinte au moyen d'aimants permanents recourbés , agissant par leurs deux pôles disposés vers le centre des diaphragmes, où les vibrations de ces derniers présentent l'amplitude maxima. C'est pourquoi, dans le téléphone Bell, on a substitué à Taimant droit un aimant en fer à cheval , à branches allongées aux extrémités desquelles sont des noyaux ovoïdes en fer doux rapprochés du diaphragme et munis chacun d'une bobine de Hl.

Dans les appareils usuels, les deux bobines sont enroulées à Taide de til de 0,8 mm de diamètre et ont une résistance de 1 3o ohms. L'aimant, formé de 4 lames superposées, mesure 1 1,5 cm de longueur. Le diaphragme a 6 cm de diamètre et o,25 mm d'épaisseur. Un tel récepteur obéit à des courants périodiques dont l'intensité descend jusque 0,6 micro-ampère ; mais une conversation exige des courants d'au moins 12 micro-ampères.

666. — Formes diverses du téléphone électromagnétique. Modèles Siemens, Ader, d'Arsonval ; téléphone montre, téléphone Mercadier. — C'est à W. Siemens qu'on doit le premier téléphone industriel à aimant en fer à cheval. Cet appareil, tig. 419, présente des dimensions relativement fortes , ce qui favorise . comme nous l'avons vu , l'intensité de la transmission , mais en même temps les résonnances propres de l'instrument.

■ÉLÉPBONES ÉLECTROMAGNÉTIQUES.

M. Ader emploie également un aimant permanent recourbé, qui sert de poigntîe au téléphone. Les lignes de force magnétique sont concentrées dans la région où se meut le diaphragme, par

Fig. 419.

Fig. 4ÎO.

la présence d'un anneau en fer doux F disposé au dessus de la plaque de fer à une faible distance de celle-ci, fig. 420.

M. d'Arsonval utilise un champ magnétique annulaire au moyen d'un aimant recourbé dont l'un des pôles porte un noyau droit et le pôle voisin une bague concentrique en fer, fig. 42 1 . La bobine est

Fis- 4ï=-

logéc dans l'espace intermédiaire et le diaphragme couvre le tout. Cctie combinaison est éminemment favorable â la concentration des lignes de force dans l'espace utile.

On fabrique de petits téléphones montres à bon marché, fig. 422, dans lesquels un aimant plat semi-circulaire présente des pôles recourbés normalement à un diaphragme parallèle au cercle de

TELEPHONIE.

Taimant. Deux téléphones semblables reliés par une lame de ressort en arc de cercle peuvent se fixer contre les deux oreilles, de manière à éviter la fatigue qu'on éprouve à supporter les récepteurs pendant des essais de longue durée.

En étudiant la théorie du téléphone, M. Mercadier est arrivé à la conclusion qu'on peut réaliser une transmission excellenic avec des appareils de très petites dimensions. Il a combiné deux téléphones minuscules reliés par une lame tîexible et portant des cornets qui s'appliquent contre le pavillon de Toreillc et y sont maintenus par la lame. (Vi