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17 – cavi, carbone e campionamento

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Nel 1850 fu posato il primo cavo subacqueo internazionale del telegrafo fra Dover, nel Regno Unito, e Calais, in Francia.
In quello stesso periodo Elisha Otis inventò il freno di sicurezza dell’ascensore, che lo rendeva ragionevolmente sicuro per un uso anche da parte di utenti umani. Otis dovette dimostrare in prima persona, tagliando le corde dell’ascensore sul quale si trovava, il funzionamento della propria invenzione di fronte alla diffidenza delle persone.
L’Otis Elevator Company fu la creatura di Otis, e ancora oggi molti ascensori riportano sulla targhetta riassuntiva dei dati caratteristici il nome di quest’ultimo.
Nel 1854-66 Cyrus Field compì quattro tentativi di trasmettere con un cavo transatlantico, sino al successo.
Nel 1869 Charles Dowd propose le zone di tempo standard al fine di evitare gli incidenti ferroviari che erano in aumento come l’utilizzo dei treni per trasporto non più solamente dei, ma anche delle persone.
Le zone solitamente rispettavano i confini delle nazioni, ad accezione di quelle molto vaste come gli USA che furono divise in 4 parti.
Attraverso il lavoro di Sandford Fleming, l’idea fu accettata e le zone di tempo standard furono accettate universalmente con un trattato stipulato nel 1884.
Nel 1876 Alexander Graham Bell inventava il telefono. Parallelamente a lui, l’ingegnere Elisha Gray ne realizzò un altro esemplare. Le domande di brevetto di Gray e Bell raggiunsero l’ufficio dei brevetti lo stesso giorno, ma fu Bell a ricevere il brevetto; in seguito, l’azienda di Gray si trasformò nella Western Electric Manufacturing Company, che fu il braccio operativo dell’impero telefonico di Bell.
Nel 1877 Thomas Alva Edison inventava il fonografo, che per quanto poi soppiantato dal grammofono, mostrò una nuova possibilità: la registrazione e il successivo ascolto di suoni.

Tra il 1840-1860 il sistema ferroviario andava sviluppandosi negli Stati Uniti e in altri paesi, con problemi riguardanti il sistema che portavano a provocare incidenti. La causa principale di ciò era la scarsa comunicazione e la mancanza di precisione nella determinazione dell’ora.
In abbinamento alla linea ferroviaria fu così posto il telegrafo, con il quale il cammino ferrato visse in una sorta di simbiosi, che da un lato rendeva la manutenzione della linea telegrafica, e dall’altro consentiva una tempestiva informazione sugli orari dei convogli. L’unica avvertenza era considerare correttamente i cambiamenti d’ora cui andava incontro un treno che attraversava secondo una linea est-ovest (o viceversa) lo stato americano.

I primi esperimenti del telefono risalgono al 1854 da parte di Charles Borseul e Johann Reis, che nel 1861, tramite i suggerimenti del primo, riuscì a costruire un primo microfono a diaframma, che vibrando apriva un circuito elettrico.
Il problema principale per la costruzione del telefono era campionare il segnale originario in maniera precisa, ovvero trasformare le onde sonore della voce in impulso elettrico.
Nel 1876, grazie a Bell e Meucci, si riuscirono ad avere i primi telefoni efficaci.
I primi esemplari erano basati su deboli correnti elettriche che per la pressione della voce su una membrana, in un avvolgimento di filo sottile immerso nel campo magnetico di una calamita, non potevano percorrere molta strada; inoltre i sistemi avevano anche problemi sia in ricezione che in trasmissione.
La situazione migliorò notevolmente con l’utilizzo delle membrane vibratili, che adeguavano il proprio stato fisico in relazione al segnale di ingresso, traducendo in una vibrazione proporzionale il volume del tono. La vibrazione delle membrane metteva in movimento i granuli incapsulati di carbone che si trovavano in una capsula adiacente; i granuli del carbone formavano un contatto labile, ossia variabile secondo la disposizione spaziale del carbone medesimo.
I più importanti miglioramenti in questo senso si devono a Thomas Edison, che nel 1878 brevettò il proprio microfono a resistenza variabile.
Con il tempo il telefono andò via via a completarsi con diversi miglioramenti; una delle prime modifiche fu l’introduzione di una suoneria che avvertiva il corrispondente dell’intenzione di comunicare. Inizialmente si trattava di suonerie azionate dalle pile che alimentavano il telefono, mentre successivamente si passò alle suonerie polarizzate, che funzionavano tramite la corrente alternata generata da un piccolo generatore mosso da una manovella.
Si vide anche l’introduzione dei ganci di commutazione, il cui funzionamento prevedeva due situazioni: quando la cornetta era agganciata al gancio i fili erano commutati sulla suoneria, pronta così ad avvisare per una chiamata; quando poi si rispondeva alzando la cornetta, i fili commutavano sul circuito microfonico.
Bell si accorse subito che la grande diffusione del telefono fu dovuta al fatto che non erano richieste particolare conoscenze tecniche per utilizzarlo come era invece per il telegrafo.

Aliasing: E’ il fenomeno per il quale due segnali analogici, nell’elaborazione dei segnali, possono diventare indistinguibili se la campionatura avviene con frequenza quasi pari a quella del sistema.
A partire da punti campionati posso far passare più di una curva, portando così a un errore di campionamento.
Regola importante in questo senso è quella di Nyquist, per la quale la frequenza di campionamento minima per evitare il fenomeno dell’aliasing è almeno doppia di quella propria del segnale che deve campionare. Nell’immagine, le due curve, aventi frequenza 0,5 e 3,5 kHz, hanno la stessa ampiezza nel momento in cui vengano campionate ogni 0,25 ms (ossia con frequenza pari a 4 kHz); se invece l’intervallo di campionamento si abbassa a 0,125 ms (con frequenza pari a 8 kHz), i due segnali saranno interpolati e interpretati in modo diverso.

Innocenzo Manzetti, inventore del telefono/2

telefono
(continua il post del 2/1/2010)
Il telefono di Meucci, utilizzando la polvere di carbone per convertire il segnale vocale in impulso elettrico e, dall’altra parte, per riconvertire il segnale elettrico in voce, adotta una logica che, con una terminologia successiva, può essere definita come fuzzy: non ci sono solamente due valori validi (l’acceso/spento, lo zero e l’uno, l’on/off, il sì/no, il passa/non passa e così via), ma tutta una serie di valori intermedi, che da un lato danno le “sfumature” della voce umana, e dall’altro permettono un campionamento a frequenza ben maggiore di quella massima (i citati 3 kHz) tipica della voce. L’apparecchio dello scienziato toscano poteva campionare a una frequenza circa doppia (dunque, circa 6000 volte al secondo) il segnale vocale, consentendo così una sua ricostituzione fedele dall’altro capo della linea, e rispettando così la condizione di Nyquist, in virtù della quale il campionamento di un segnale è efficace se la frequenza alla quale questo avviene è almeno doppia di quella del segnale stesso.

Altri precedenti. La pur interessante invenzione di Innocenzo Manzetti perde ulteriormente valore di originalità se comparata con un’invenzione di almeno quattro anni prima. L’invenzione in questione è quella dell’inglese Philip Rice, che ottenne risultati assolutamente simili (e in qualche misura migliori) a quelli di Vanzetti con il proprio apparecchio telefonico. Si tratta anche in questo caso di un apparecchio del tipo make-and-break, probabilmente basato sulla descrizione presentata nel periodico “Didascalia”, nella quale Charles Bourseul prospettava la possibilità di uno strumento capace di replicare la voce umana a distanza.
L’invenzione di Rice fu anche migliore di quella di Manzetti: anziché realizzare un contatto chiuso/aperto, per mezzo della regolazione di un chiodo di contatto l’inventore realizzò un contatto cosiddetto labile, che poteva ammettere valori intermedi tra lo 0 e l’1. Il grosso inconveniente di questo sistema era la necessaria presenza costante di un operatore, che regolasse una vite per mantenere il contatto nella configurazione geometrica iniziale.

Il télégraphe parlant non riveste carattere di particolare interesse per la storia della tecnologia. La sua presunta importanza attestata da vaghe presenze di stranieri recatisi ad Aosta per carpirne i segreti non è giustificata da un reale valore. Ammettendo anche che tali visite possano essere realmente avvenute (si esclude in ogni modo quella ipotizzata di Bell nel 1861, poiché all’epoca l’inventore americano era quattordicenne, come pure fatto rilevare dalla rivista americana “Electrical World”), non è in ogni caso l’interesse suscitato a mutare la natura dell’invenzione.

Anche il risultato dell’indagine, svolta nel 1910, di una Regia Commissione che lavorò per determinare la vera validità del trovato di Manzetti, diede risultati analoghi, in questo caso per l’assenza di una qualsiasi attendibile documentazione relativa al principio di funzionamento.

L’invenzione di Manzetti non ha, in definitiva, gran valore, poiché effettua un campionamento del segnale vocale pensato secondo i “vecchi” schemi di trasmissione del telegrafo, nel quale l’uso di un pulsante permetteva le successive chiusure e aperture del circuito, che a loro volta formavano i simboli di un codice. Il telefono di Meucci e quello di Bell fanno uso di una tecnologia che realizza una logica a valori sfumati, non solo l’“acceso” e lo “spento”, grazie alla quale la voce può essere fedelmente riprodotta.

Il mancato riconoscimento del genio del tecnico valdostano non è da ricercarsi nella sua prematura morte (va peraltro ricordato che Galileo Ferraris, contemporaneo di Manzetti, morì a soli cinquant’anni, e lasciò di sé tracce più che permanenti), e nemmeno nella sua residenza in una zona periferica (Manzetti frequentò diversi anni di scuola a Torino, dove l’Ufficio Brevetti operava in modo proficuo, accogliendo “trovati” ben più bizzarri di quello del “telegrafo parlante”). Piuttosto, il mancato tentativo di far riconoscere la propria invenzione dipende dall’indole poco “pubblica” del genio aostano. Tutto ciò detto, anche se Manzetti avesse ottenuto una privativa industriale, oggi non ne si parlerebbe per certo come il padre del telefono.