Hoe een telefoon je stem omzet in elektriciteit

Omdat je stem hier zelf geen elektriciteit opwekt. Ze verandert een stroom die al loopt. Zo beschreef het Amerikaanse Hooggerechtshof de methode van Bell in 1888. Een continue stroom loopt in een gesloten kring, en de sterkte ervan verandert mee met de trillingen die de stem in de lucht maakt.

Het toestel van 1951 haalde die stroom uit de lijn. Het Bell System noemde het een toestel met centrale batterij, en het stelde zich af op hoeveel stroom er aankwam, want een korte lijn levert meer dan een lange.

Bronnen: US Supreme Court: The Telephone Cases, 126 U.S. 1 (1888); Bell System Technical Journal: an improved telephone set (1951)

Een gewoon gesprek draagt klanken van 300 tot 3.400 trillingen per seconde, geschreven als Hz. Je stem heeft hogere klanken dan dat, en het gesprek laat die weg. Spraak in hoge definitie, of HD-voice, gaat tot 7.000 Hz.

De microfoon van 1951 was gebouwd om het meeste te geven tussen ongeveer 2.500 en 3.500 Hz. Daarboven zakt zijn signaal weg.

Bronnen: ITU-T G.712: transmission performance of PCM channels (2001); ITU-T G.722: 7 kHz audio coding within 64 kbit/s (2012); Bell System Technical Journal: an improved telephone set (1951)

Het patent van Bell uit 1876 spreekt van elektrische golvingen, in vorm gelijk aan de trillingen die de stem in de lucht maakt. Teken de luchtdruk en de stroom als twee golvende lijnen, en ze hebben dezelfde vorm.

Die vorm is de hele truc. Alles na de microfoon hoeft hem alleen te bewaren, helemaal tot aan de hoorschelp aan de andere kant.

Bronnen: US Patent 174,465: Bell, improvement in telegraphy (1876)

Elke meting wordt opgeslagen als 8 bits, enen en nullen. Een gewoon gesprek heeft dus 64.000 bits per seconde nodig in elke richting.

Deze manier om een gesprek te versturen is een standaard uit 1988 van de Internationale Telecommunicatie-unie. Een Europese norm zegt dat elke bureautelefoon die via internet belt, hem moet kunnen gebruiken.

Het draadpaar gaat terug tot 1881, toen Bell het circuit met twee draden patenteerde. Vanaf 1891 werden de twee draden om elkaar heen gedraaid, om de storing van de lijnen ernaast te beperken.

Bronnen: ITU-T G.711: pulse code modulation of voice frequencies (1988); ETSI ES 202 737: transmission requirements for narrowband VoIP terminals (2020); IEEE History Center: telephone transmission

Ja. In het patent van Bell uit 1876 loopt de stroom door een elektromagneet, waardoor het anker, het bewegende deel, de beweging van het anker aan de andere kant nadoet.

De hoorschelp van 1951 trok aan een ring van magnetisch metaal rond een licht koepeltje, en klonk bij dezelfde stroom 5 dB luider dan zijn voorganger. Een hoorschelp uit een patentaanvraag van 2019 gebruikt nog altijd een spoel, magneten en een membraan dat deels uit magnetisch metaal bestaat.

Bronnen: US Patent 174,465: Bell, improvement in telegraphy (1876); Bell System Technical Journal: an improved telephone set (1951); European Patent Office: EP 3 648 472, thin receiver (2020)

Bij te veel sidetone gaan mensen zachter praten zonder het te merken, en dan hoort de andere kant ze slechter, schreven ingenieurs van het Bell System in 1953. Helemaal weghalen wilden ze het ook niet. Ze mikten op een laag niveau.

Die regel geldt nog steeds. Een Europese norm voor bureautelefoons die via internet bellen, legt vast hoe luid sidetone moet zijn, en zegt dat het je oor hoogstens 5 duizendste van een seconde te laat mag bereiken.

Bronnen: Bell System Technical Journal: an improved circuit for the telephone set (1953); ETSI ES 202 737: transmission requirements for narrowband VoIP terminals (2020)