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 l'appareil Morse sur des lignes aériennes de moyennne 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 l'aide 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

Th^L^GRAPHIE SOUS-MARINE. 337

condensateur de forme spéciale. L'une des armatures est constituée par des zigzags en étain formant un circuit résistant; les feuilles de l'autre armature sont réunies entr'elles à la manière ordinaire. Le diélectriquç 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 même dans la ligne véritable et dans la ligne artificielle du duplex.

TÉLÉPHONES ELECTROMAGNETIQUES.

663. — ' But. Rappel de principes d'acoustique. — La téléphonie a pour objet la transmission de la parole à distance. Le jeu des appareils 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 A, 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- Preece et Maier, Le Téléphone^ traduction Floren, Paris, Baudry.

TÉLÉPHONES ÉLECTROMAGNÉTIQUES. 33g

La durée 2t 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 :

lo La hauteur y qui dépend du nombre de périodes par seconde. Pour une même note, quel que soit l'instrument qui la produit, la durée d'une vibration complète est toujours la même, i/435« de seconde, par exemple, pour le la du diapason.

20 Vintensité ^ qui est fonction de Tamplituie 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 résonnànces de diverses parties de

rinstrument. 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 l'on parle devant le diaphragme, l'air exhalé par les poumons fait vibrer

340 TÉLÉPHONIK.

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

Si Ton fait repasser le cylindre sillonné sous le style, en forçant 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 l'action 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, '\^Qs 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 l'une de ses extrémités par une bobine de fil dont les bouts sont

Fig. 418.

reliés à des bornes. Devant cette 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 éboniie ^. Un pavillon vissé sur la gaine maintient le diaphragme et fait fonction d'embouchure. Une vis de réglage permet de modifier l'écartement entre le noyau et le diaphragme.

TÉLÉPHONES ÉLECTROMAGNÉTIQUES. 34 1

ppareil peut servir à la fois de transmetteur et de récepteur.

^^^^ ^3c i K-istruments de ce genre, reliés par une ligne, permettent donc . ^^^t>l i T une correspondance téléphonique.

«^ *~— ^ <qu'on parle dans le pavillon de Tun des appareils, les ondes

^ engendrées viennent frapper le diaphragme; celui-ci

«-lit par résonnance exactement toutes les vibrations des sons

lentaux et harmoniques émis. A chaque impulsion, le dia-

le s'approche de l'extrémité de Taimant, puis s'en éloigne par

sticité; ces mouvements changent la distribution du champ

^ique de l'aimant et modifient le nombre des lignes de force

^versent la bobine. Le rapprochement du diaphragme accroît

qui traverse celui-ci pour se rendre au pôle opposé et

xite par suite le nombre des lignes de force dans la bobine.

suite de là que chaque onde sonore fait naître dans la bobine

ide de courant induit de même durée et d'intensité corres-

ite.

ourant ondulatoire ou périodique ainsi produit est reçu dans 3ne du second appareil. Là, chaque onde électrique fait varier \^ ..(X:>^ ^^ site du champ magnétique du récepteur et, en conséquence.

V v^ ^^ Tîtation de toutes les pièces de fer situées dans le champ.

^^^"^lysons l'effet de ces variations. Ainsi que Page l'a observé, ^^^i^"^ variation magnétique d'une pièce de fer est accompagnée de \a 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 l'oreille appliquée contre le 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 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 nVst frappé que par une fraction des ondes sonores émises. En outre, il se produit des pertes dans la transformation de l'énergie mécanique des ondes sonores en énergie électrique, dans le transport de celte 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 l'expérience 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 [ut^). Un diaphragme de 10 cm de diamètre et de i mm d'épaisseur ou de 3 cm sur 0,1 mm satisfait à cette condition.

Il convient d'encastrer solidement le diaphragme, afin d'empêcher 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 des sons, on peut songer à accroître l'intensité 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

TÉLÉPHONES ÉLECTUOMAGNÉTIQUES. 343

aperçu lorsqu'aux aimants on a voulu substituer des électroaimants.

La force avec laquelle le noyau agît sur l'armature est proportionnelle au carré de Tintensité des pôles du noyau

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

On voit que la variation est nulle pour m=:Oy c'est à dire lorsque le noyau est à l'état neutre et pour Am = 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 Famplitude maxima. C'est pourquoi dans le téléphone Bell , on a substitué à l'aimant 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 fil.

Dans les appareils usuels, les deux bobines sont enroulées à Taide de fil de 0,8 mm de diamètre et ont une résistance de i3oohms. 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 rintensité 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, fig. 419, présente des dimensions relativement fortes, ce qui favorise, comme nous Tavons vu, l'intensité de la transmission, mais en même temps les résonnances propres de l'instrument.

M. Ader emploie également un aimant permanent recourbé,

qui sert de poignée au téléphone. Les lignes de force magnétique sont concentrées dans la région où se meut le diaphragme, par

Fig. ia<

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. 411. La bobine est

Fig 421.

Fig..

logée dans l'espace intermédiaire et le diaphragme couvre le tout. Cette combinaison est éminemment favorable à la concentration des lignes de force dans l'espace utile.

On fabrique de petits téléphones montres à bon marché, fig. 423, dans lesquels un aimant plat semi-circulaire présente des pôles recourbés normalement à un diaphragme parallèle au cercle de l'aimant. Deux téléphones semblables reliés par une lame de ressort