贝尔先生的“光电话”是如何让光“背着”声音“跑”的

三、贝尔先生的“光电话”是如何让光“背着”声音“跑”的

古人的手势、烽火台、旗号、旗语等光通信，信息都是直接用光信号表示的，接收也是直接用肉眼观察。因为人的外界信息，80%以上来自于视觉。

同时，在外界信息接收中坐第二把交椅的是我们的耳朵——听觉。所以对声音的传递，自然成为通信的又一重要课题了。

一首打油诗里说贫困地方“交通基本靠走，通信基本靠吼”。用说（或者“吼”）的方式进行交流，是声音通信中最基本的模式。声音从发送方嘴里出来，不经过任何调制，直接以声音信号的形态在大气中传播，然后进入接收方的耳朵。

这种靠“吼”的通信，最大的麻烦在于通信距离有限。由于大气中存在干扰、吸收等因素，声波传送变得伤痕累累。闹市数十米外恐怕就听不清对方说些什么话了，即使在人烟稀少的山头上，“吼”的有效距离也不会超过几千米。

1876年，美籍苏格兰人贝尔发明了电话。电话的基本原理，是用话筒的接收设备，接收说话人的声音，并产生一股电流。电流的强弱和频率恰好反应说话人声音的高低和音调。该电流信号在导线中传播，到达另一端的听筒，再根据电流的强弱和频率，发出相应高低和音调的声音，使听话人得以感知。

这里，发送方的声音首先被话筒变换为电流信号，然后进行传输，到达接收方之后，再通过听筒还原为声音。也就是说，信息是用电流作为载体被传输的。原先纯粹的声音通信，变成了电通信，或者说，通信的模式是声－电－声，让电流“背着”声音“跑”。

采用这种方式的好处是显而易见的。首先，电信号在导线中可以传播很长距离，还可以在中途用电子器件进行放大。这就使得通信距离大大增加。其次，电信号在专用的导线中传播，到达接收方后再还原为声音，这至少避免了直接“吼”造成信息尽人皆知的严重泄密。因此，在传输前先将声音转换为电信号，传输后再将电信号还原为声音，虽然麻烦了一些，却因为电信号在导线中传递比声音信号在大气中传递有上述两点优势，因而是一个很不错的策略。

还有其他的办法吗？

在1880年，贝尔余兴未尽，又发明了一个“光电话”。也就是用光“背着”声音“跑”。

它的结构也很简单。发送端有一台弧光灯作为光源，发出的光投射到话筒的音膜上，再反射回来。在接收端有一个抛物面反射镜，反射镜的焦点上放着一个硅光电池，能将射在它上面的光信号转变为电信号，末端是听筒。

当发送方说话的时候，声音引起话筒的音膜振动，这种振动又使得音膜反射出来的光波强弱发生变化。这样，音膜反射的光波信号强弱就包含了发送方声音的信息。反射的光波在大气中经过一段距离的传递，被接收端的反射镜接收并聚焦到硅光电池上。光波的变化又引起硅光电池输出电信号的改变。这个电信号的强弱和变化频率，恰能反映原先用于调制光信号的那个声音的强弱及频率。再把这个电信号送入听筒，就能还原成原先的声音。

显然，“光电话”与“电话”的基本思想很近似。只不过，“电话”是直接将发送方的声音转化为电信号，传输之后再由接收方还原为声音；而“光电话”则将发送方的声音转化为光信号，传输之后，先由接收方还原为电信号，再将电信号还原为声音。也就是说，光电信号的模式是声－光－电－声。通信的核心，也就是传输环节以光波作为信息载体，之所以接收端要经过电的环节，是因为直接由光信号得到声音信号有一定难度而已。

贝尔的“光电话”，实用价值并不大。因为在大气中直接传输这样敏感的光信号，有效距离一般只能数百米，最多数千米。而且非常容易受天气等因素的影响。“光电话”的研究很快便陷入近乎停顿的状态。

尽管如此，贝尔先生的发明却是现代光通信的开端。较之以前的烽火、旗号，“光电话”的最大突破在于，它并非简单地传输原始光信号，而是在发送前将其他形式的信息（如声音）转换为光波，然后将光波传输到接收端，再还原为其他形式的信息。不过，要将这种现代的通信模式加以实用，在当时还需要艰难的努力。