Draadloze telefoon
Een telefoon, of eigenlijk telefoontoestel, is een toestel waardoor men kan spreken met iemand anders die ook een telefoontoestel bezit, mits beiden via een telefoonnetwerk verbonden zijn. Het telefoonsysteem maakt het mogelijk dat twee mensen een gesprek voeren, terwijl zij zich buiten gehoorbereik van elkaar bevinden. Telefoons zijn niet meer weg te denken uit de samenleving. In striktere zin wordt met telefoon het onderdeel van een telefoontoestel aangeduid dat het ontvangen telefoonsignaal omzet in geluid. In de laatste betekenis komen we het woord ook tegen in hoofdtelefoon en oortelefoon.

Telefoontoestel uit 1896
 

Het woord telefoon is afgeleid van het Grieks: τῆλε (téle, ver) en φωνή (phónè, geluid). In het Nederlands "ver spreken".

Geschiedenis van de telefoon
Het eerste uitgewerkte voorstel voor telefonie is gedaan door Charles Bourseul in 1854. De Duitse fysicus Philipp Reis kwam 1860 met het eerste concept voor het maken van een telefoonverbinding en is de ontdekker van het eerste telefoon, ook de naam "Telefon" is van Philip Reis. Op 14 februari 1876 werd door Alexander Graham Bell een patent aangevraagd op de uitvinding voor ‘improvement of telegraphy’. Enkele jaren daarvoor was het Antonio Meucci al gelukt om een telefoonverbinding tot stand te brengen. Door geldgebrek kon hij echter een patentaanvraag niet betalen.
 

Kiesschijftelefoon met Scandinavische kiesschijf

Later werd de telefoon elektrisch versterkt gemaakt in plaats van akoestisch waardoor de verstaanbaarheid beter was. Door een verbeterde kabeltechniek werd de reikwijdte vergroot.

Twee uur na Bell diende Elisha Gray een patentaanvraag in voor ‘instruments for transmitting vocal sounds telegraphically’. Het is vrij waarschijnlijk dat Gray en Meucci onafhankelijk van elkaar de telefoon uitgevonden hebben.

Op 1 juni 1881 opende de Nederlandsche Bell Telephoon Maatschappij op de hoek van de Kalverstraat en de Dam, in Amsterdam, het eerste Nederlandse openbare telefoonnetwerk met 49 vaste aansluitingen van abonnees. In midden van de jaren negentig van de twintigste eeuw waren er 7 miljoen vaste aansluitingen in Nederland. Daarna nam aantal vaste aansluitingen sterk af, door onder andere de komst van de mobiele telefonie en de internettelefonie (voip).
 

Druktoetstelefoon

Werking van de telefoon
In het telefoontoestel wordt het geluid (luchttrillingen) door middel van een microfoon omgezet in een elektrische stroom (elektrisch signaal). Het signaal wordt door kabels naar een telefooncentrale gevoerd. Van daaruit wordt een verbinding gemaakt met de telefoonkabel van de gebelde persoon, of met een volgende telefooncentrale als het een interlokaal gesprek betreft. De telefoon van de ontvanger zal overgaan, en als deze opgenomen wordt, wordt in de centrale een verbinding gelegd waardoor beide partijen met elkaar kunnen spreken. Deze verbinding wordt verbroken door op een van beide telefoons de hoorn op de haak te leggen.


Digitalisatie
Oorspronkelijk moest voor elke telefoonaansluiting een apart kabelpaar naar de centrale gelegd worden. Voor interlokale gesprekken was het aantal verbindingen beperkt tot het aantal aderparen dat tussen deze twee centrales lag. Door de opkomst van de elektronica werd het mogelijk om de interlokale verbindingen (tussen twee centrales) uit te breiden zonder het aantal kabels te vermeerderen. Oorspronkelijk gebeurde dit door middel van het multiplexen van meerdere frequentiebanden op een kabel, later door het digitaliseren van de verbindingen. Later werd ook de verbinding van de telefooncentrale naar de wijkcentrale gedigitaliseerd, en met de opkomst van ISDN en ADSL is ook de zogenaamde last mile, de verbinding van de wijkcentrale naar de huizen toe, gedigitaliseerd. Door de opkomst van VOIP dan wel internettelefonie wordt nu ook de binnenhuisverbinding gedigitaliseerd, waardoor de enige analoge schakel in de verbinding nog het stuk van de microfoon in de hoorn tot de DA-converter in het telefoontoestel zelf is.
 

Draadloze telefoon

De grote voordelen van digitale boven analoge signalen in het telefoonsysteem zijn dat het zeer vergemakkelijkt wordt om de verbinding te schakelen, dat er minder kwaliteitsverlies optreedt, en dat meer verbindingen over één kabel gevoerd kunnen worden.

Een belangrijk element in het geheel vormt dus de telefooncentrale waar de verbinding tot stand wordt gebracht. In de beginjaren van de telefonie gebeurde dit met de hand door een telefonist(e) maar in de 20'er jaren van de 20ste eeuw deed de elektromechanische schakelaar (jargon: "kiezer") zijn intrede in de telefooncentrale. Vanaf dat moment spreekt men van de "automatische centrales"; de abonnee brengt de gewenste verbinding tot stand met behulp van een kiesschijf die stroomimpulsen naar de kiezer in de centrale stuurt. In Nederland werd de eerste automatische centrale in 1925 in gebruik genomen in Haarlem. Tegenwoordig wordt nagenoeg elke telefoonverbinding door een (computergestuurde) elektronische telefooncentrale tot stand gebracht. Gelijktijdig met de overgang van de elektromechanische naar elektronische centrale is de overgang van de draaiende kiesschijf naar het drukknopkiezen verlopen. Bij drukknopkiezen stuurt een telefoontoestel verschillende toontjes naar de centrale. Elke aansluiting op het telefoonnet krijgt een uniek telefoonnummer. De telefooncentrale kan daardoor een aansluiting met elke willekeurige andere aansluiting verbinden.

De intensiteit van het telefoonverkeer in de centrale of het telefoonnet wordt uitgedrukt in Erlang.


De telefoon vroeger en nu
De eerste telefoons hadden niet echt een hoorn. Ze hadden een microfoon op het toestel en een los oorstuk als hoorn. Een microfoon was om in te praten en met het oorstuk kon je de persoon aan de andere kant van de lijn horen. Dan was er ook nog een haak voor het oorstuk. Later werden de microfoon en het losse oorstuk samen een hoorn. Gekozen werd er aanvankelijk door de telefoniste mee te delen met wie men wilde spreken, later door een automatische kiezer die uit een draaischijf bestond. Weer later werd de draaischijf een knoppenpaneeltje.

Het ontwerp en het hele gebruik van telefoons is in de laatste 15 jaar sterk veranderd. Vroeger waren telefoons forse, vaste apparaten die met een kabel vastzaten. Tegenwoordig is een telefoon een klein dingetje dat je in je zak hebt en dat draadloos communiceert met de telefooncentrale in huis of op afstand. Telefooncellen, vroeger een essentieel onderdeel van het straatbeeld, nemen door komst van mobiele telefoon steeds verder in aantal af. Naast de functies praten en luisteren komen er steeds meer mogelijkheden: SMS-functies, trilfuncties, internetten, foto's maken, ringtones. De vaste aansluitingen neemt in laatste jaren sterk af. Deze ontwikkeling lijkt nog niet ten einde.


Telefoonkabels
Vroeger waren de telefoondraden opgehangen aan palen boven de grond of aan de daken van de huizen. Doordat ze zo hoog hingen, sloeg de bliksem er vaak in. Dat veroorzaakte storingen. De kabels werden ook vroeger al van koper gemaakt. Dat koper was zwaar en duur. Ze waren ook erg dik. Dat moest in die tijd wel, omdat er in dunnere kabels meer verliezen optraden. Een telefoonkabel bestaat meestal uit verschillende paren. Dit wil zeggen dat de twee geleiders van een paar getwist (om elkaar gedraaid) zijn om overspraak te voorkomen. De paren worden herkend door een kleurencode. Deze is gevormd per vijf bestaande uit telkens één kleur met de vijf basiskleuren (de eerste vijf paar zijn: wit/blauw, wit/oranje, wit/groen, wit/grijs en wit/bruin, vervolgens vijf maal rood, vijf maal zwart enz.)

Tegenwoordig worden glasvezelkabels veel gebruikt voor telefoonverkeer tussen telefooncentrales. Glasvezels zijn haardunne, buigzame vezeltjes van zeer zuiver en helder glas. Lichtflitsen kunnen met bijna de lichtsnelheid door glasvezel reizen zonder dat ze veel verzwakken. De signalen zijn ongevoelig voor ruis, zodat ze niet beschadigd aankomen.

Er is ook een techniek ontwikkeld die gebruik maakt van het bestaande kabelnetwerk (coax) voor teledistributie. De telefoniesignalen worden digitaal verzonden samen met de beeldinformatie van de TV-kanalen. Ondanks dat deze techniek digitaal is, is het een nadeel dat de ISDN-norm niet ondersteund wordt.

Draadloze straalverbindingen tussen centrales worden veel gebruikt in moeilijk bereikbare gebieden. Satellietverbindingen kunnen toegepast worden tussen individuele abonnees en de operator.

Pogingen om een wereldwijd netwerk via satellietverbinding op te zetten zijn tot dusver met een financiële kater afgesprongen (Iridium van Motorola).

Ook het internet biedt de mogelijkheid een gesprekskanaal op te bouwen en de videotelefoon waar men jaren over spreekt lijkt dichter bij dan ooit, bovendien erg betaalbaar en heel aanvaardbaar wat de kwaliteit betreft. Zie VOIP, internettelefonie, Skype.

Het begrip spraakoverdracht via telefoon is niet meer eenduidig, door de digitalisering is het overbrengen van spraak en data niet meer te onderscheiden. Beeld, data, spraak: het kan allemaal via hetzelfde medium.

De andere uitvinders van de telefoon

Het verhaal van de uitvinding van de telefoon lijkt wel een sprookje. Er was eens een knappe jonge spraakleraar, hij heette Alexander Graham Bell, die aan het experimenteren was met een primitief soort telefoon.

Het apparaat wilde maar niet werken en Bell had bijna de moed opgegeven toen hij per ongeluk een flesje op zijn werktafel omstootte en hij zuur over zijn kleren kreeg. In een reflex riep hij zijn assistent Watson te hulp hoewel die in een ander deel van het huis bezig was en daardoor buiten gehoorbereik. Tot Bell's stomme verbazing stond Watson een paar seconden later in de kamer; de laatste versie van de experimentele telefoon had toch gewerkt. Door het apparaat had Watson duidelijk de stem van Bell gehoord: "Mister Watson come here, I want you." En zo vond de knappe jonge Alexander Bell de telefoon uit en leefde rijk en gelukkig.

Net als bij sprookjes is de werkelijkheid anders, ruim 22 jaar eerder formuleert Charles Bourseul het basisprincipe van de elektrische telefoon, in 1862 lukt het Philipp Reis om een werkend apparaat te maken en Elisha Gray dient zijn octrooiaanvraag maar een paar uur na dat van Bell in.
 

Schets eerste telefoon van P. Reis
 

Geld opleveren
In 1862 beschrijft de Duitse fysioloog Hermann von Helmholz een bijzonder telegraafsysteem. Met muziektonen moet het volgens hem mogelijk zijn om meerdere telegrammen gelijktijdig over een enkele lijn te versturen. Helmholz noemt het apparaat, waarvoor grote belangstelling bestaat bij de telegraafmaatschappijen, een harmonische telegraaf. Ruim tien jaar later begint Alexander Graham Bell aan een praktische uitvoering ervan te werken. Niet helemaal vrijwillig overigens, zijn grote liefde is het ontwikkelen van apparatuur om doven te leren spreken. Zijn schoonvader, die hem financieel ondersteunt en die liever ziet dat Bell iets gaat doen dat geld kan opleveren, spoort hem aan om zijn onderzoeksterrein te verplaatsen. Het apparaat dat Bell uiteindelijk in elkaar zet is voor telegrafie totaal ongeschikt, maar tijdens zijn proeven merkt hij dat het wel spraak kan overbrengen.
 

Dynamische telefoon
De eerste Bell-telefoon ziet er op het eerste gezicht vreemd uit. In het houten frame zijn de twee belangrijkste onderdelen gemonteerd, een holle houten klos met daaroverheen een membraan en een elektromagneet. Op het membraan is een ijzeren plaatje gemonteerd. Vanaf de elektromagneet lopen draadjes naar twee aansluitpunten bovenop. Om een telefoongesprek te voeren moeten twee van dit soort apparaten met behulp van draden met elkaar verbonden worden; de gebruikers kunnen dan om de beurt luisteren of spreken.

Model eerste telefoon

Door de geluidstrillingen wordt het membraan in beweging gebracht en verandert de afstand tussen het ijzeren plaatje en de elektromagneet. Het magnetische veld in de spoel van de elektromagneet verandert hierdoor en er wordt een kleine elektrische spanning opgewekt, die afhankelijk is van de hoogte en de kracht van de geluidstrillingen.

In de andere telefoon zorgt die elektrische spanning er voor dat ook daar het magneetveld verandert. Het membraan gaat daardoor trillen en het oorspronkelijke geluid wordt weer hoorbaar. Het basisprincipe van de Bell-telefoon is dat van een dynamo, het apparaat wordt daarom een dynamische telefoon genoemd. De latere versies ervan krijgen de typische staafvorm die tientallen jaren gebruikt zal worden.
 

Stelt u zich voor...
In het tijdschrift L'Illustration van 26 augustus 1854 beschrijft de Franse telegraafbeambte Charles Bourseul al hoe spraak over een telegraaflijn getransporteerd zou kunnen worden: "Stelt u zich voor dat men tegen een beweegbare plaat spreekt, die flexibel genoeg is om niets van de geluidstrillingen verloren te laten gaan: dat deze plaat de verbinding met een batterij afwisselend verbreekt en herstelt, dan is het mogelijk dat eenzelfde plaat op een andere plaats die de bewegingen exact volgt." Bourseul probeert ook om zijn theorie in een praktische toepassing om te zetten. Dat lukt niet, volgens zijn eigen verklaring kan hij met zijn toestel wel muziektonen over brengen maar geen spraak overbrengen.
 

Onbewust
De volgende stap op de weg naar de telefoon wordt gezet door de natuurkundeleraar Philipp Reis, als die in 1862 voor een lezing voor de Physikalischer Verein in Frankfurt een typisch apparaat meebrengt. Hij noemt het een 'telephon'. Het apparaat bestaat uit een opnemer en een weergever die via twee draden met elkaar verbonden zijn. In de opnemer bevindt zich een strak gespannen stukje perkament waarop een gevoelig elektrisch contact is gemonteerd. Door in een soort trechter te praten gaat het perkament trillen en wordt het contact in het ritme van het geluid geopend en gesloten.


Model eerste telefoon van P. Reis
 

De weergever is een klein houten doosje met daarop een breinaald die tussen twee houdertjes is gemonteerd. Om de breinaald zit een spoel, die via het contact van de opnemer is aangesloten op een batterij. De stroomonderbrekingen van de opnemer zorgen voor een wisselend magnetisch veld in de spoel. Hierdoor verandert de breinaald een klein beetje van lengte en produceert geluid. Dit verschijnsel wordt magnetostrictie genoemd. Het doosje zelf werkt als een klankkast.

Philipp Reis zit op een verkeerd spoor, het is onmogelijk om zo spraak over te brengen. Toch verklaren getuigen dat zijn apparaten wel degelijk werkten en een recente proef met een originele Reis-telephon bevestigt dit. Bij zorgvuldig afstellen blijkt de opnemer geen stroomonderbrekingen, maar stroomveranderingen te produceren: onbewust had Reis de eerste weerstandsmicrofoon uitgevonden.
 

Te laat
Onafhankelijk van Bell werkt de uitvinder Elisha Gray aan de harmonische telegraaf. Net als Bell komt hij zo op het spoor van de telefoon. Beide uitvinders komen, zonder dat overigens van elkaar te weten, tot dezelfde oplossing voor de weergever, maar voor de opnemer slaat Gray een heel andere richting in. Zijn apparaat bestaat uit een glazen beker gevuld met een zoutoplossing. De beker is afgesloten met een membraan, waaraan een stalen naald is vastgemaakt die in de vloeistof steekt. Het membraan beweegt door geluidstrillingen waardoor de naald dieper of minder diep de vloeistof in gaat.

 

Telefoon van A.G. Bell

Hierdoor verandert het elektrische stroompje, dat via de vloeistofkolom en de stalen naald loopt. In de ontvanger - een dynamische telefoon - wordt het elektrische signaal weer omgezet in geluid.

De ironie van het lot wil dat Gray zijn octrooiaanvraag twee uur na die van Bell indient. Dat heeft een jarenlange juridische strijd tussen beide uitvinders tot gevolg, waarin ze elkaar over en weer van plagiaat en diefstal beschuldigden. Uiteindelijk wint Bell en wordt de uitvinding van de dynamische telefoon definitief aan hem toegewezen.

Bronvermelding Muscom en Wikepedia