原題は『The Telephone』、著者は A. E. Dolbear です。
グラハム・ベルと同じ時期に電話を「発明」しようとしていた人らしい。
例によって、プロジェクト・グーテンベルグさまに篤く御礼を申し上げます。
図版は省略しました。索引が無い場合、それは私が省いたか、最初から無いかのどちらかです。
以下、本篇。（ノー・チェックです）
*** プロジェクト グーテンベルク 電子書籍「電話」の開始 ***
[ii]
AEドルベア教授
——
電話
スピーキングテレフォンの作り方説明書付き
50セント
投影の芸術
物理学、化学、自然史の実験マニュアル（Porte LumièreとMagic Lantern付き）
新版改訂版イラスト入り $2.00
物質、エーテル、そして運動
物理科学の要素と関係性に関する
図解 $1.75
——
リー・アンド・シェパード出版社 ボストン
[iii]
電話：
の記録
電気、磁気、音の現象
その行動に関与するものとして。
作り方説明書付き
話す電話。
著者
：タフツ大学AEドルベア教授
、
「投影の芸術」など。
ボストン：
リー＆シェパード出版社。
[iv]
著作権
1877、
AE Dolbear 著。
[動詞]
序文。
過去 6 か月間の通話電話の人気展示会と多数の新聞記事により、この機器に対する関心が広まり、その動作を説明した小冊子が一般の要望を満たすものになると考えられました。
本書では、関係する様々な現象や力の相互作用に注意を喚起する必要があると思われたため、著者は電気、磁気、そして音の現象を平易かつ分かりやすく解説するよう努めた。力学的条件をより分かりやすくするために、必要に応じて省略を加え、音の構成表も掲載した。[vi] さまざまな楽器の音の構成要素が一目でわかるように考案されました。
磁気電流を利用して音声やその他の音を送信する通話電話は私が発明したものですから、私は最初の装置について長々と説明し、また、試してみて、これまで作られたものと同じくらい効率的であることがわかっている通話電話の作り方を具体的に説明しました。しかし、米国の法律に従って特許を取得するための手続きはすでに済んでいるため、本書の内容は発明を公衆に捧げるものではありません。
AE ドルベア。
マサチューセッツ州カレッジヒル
[7]
電話。
電気。
電気現象の中には、誰もがその存在に気づかざるを得ないほど大規模なものもある。例えば、ほぼあらゆる緯度の温暖な気候で頻繁に雨を降らせる雷は、超自然的な力の顕現として、常に一部の人々に迷信的な畏怖の念を抱かせてきた。そして、おそらく誰もが雷雨の間は多かれ少なかれ雷に恐怖を感じるだろう。それは、雷が同時に多くの感覚に影響を及ぼすからである。閃光は私たちの近くで発生すれば目もくらむほどであり、雷鳴は耳をつんざくほどで、丘の根幹を揺るがし、私たちが立っている地面を著しく揺さぶるほどの威力を持つ。これらは、記憶に残る雷鳴と相まって、[8] 建物が破壊され、大木が一瞬にして粉々に引き裂かれるという、目撃された破壊的な影響は、どんなに強い精神力を持つ者でも恐怖感を抱かせるのに十分である。雷雨の頻度が低い南北両極地では、大気の電気は赤道の北または南で見られるオーロラ・ボレアリス、あるいはオーロラ・オーストラリスと呼ばれる形態をとる。
2000年以上も前、ギリシャ人は地中海沿岸に打ち上げられたある種の鉱物を擦ると、絹や麻の切れ端、紙片などの軽い物体を引き寄せることに気付きました。彼らはこの物質をエレクトロンと名付け、摩擦によって発生する性質は後に電気と呼ばれるようになりました。1600年、エリザベス女王の医師であったギルバート博士は、石、宝石、樹脂など、様々な物質との摩擦によって電気を発生させることができることを示す数々の実験を記した本を出版しました。電気を発生させるための最初の機械は、1680年頃、マクデブルクのオットー・フォン・ゲーリケによって作られました。[9] 彼の機械は、直径約6インチの硫黄の球で構成されており、回転させることができました。暗室で硫黄を回転させながら乾いた手で球を触ると、球が発光しているように見えました。また、独特のシューという音、あるいはパチパチという音も発しました。ニュートンは電気の実験を少し行い、ゴムが電気の発展に重要な要素であることに気づきました。彼はこの分野に、科学の他の分野に注いだほどの注意を払っていなかったようです。もしそうしていたら、おそらく研究を100年ほど進歩させていたでしょう。つまり、おそらく1790年の時点で、研究はそのまま残されていたでしょう。彼の才能は非常に優れていたため、たった1人の生涯で、人類の他のすべての人々がそれ以前の1000年間に成し遂げたよりも大きな貢献を人類の知識にもたらしたのです。1752年6月、フランクリンは彼を不滅のものにした忘れ難い実験を行いました。彼は凧を雷雲へと飛ばし、まるで雷に「電気と同じものなのかどうか」と問いかけたかのようだった。稲妻は濡れた紐を伝って彼の手に降りてきて、その正体を明かした。[10]
その後40年間、ヨーロッパとアメリカの自然哲学者たちは、既知の事実に変化を加えることしかできなかった。凧を雲まで飛ばし、ライデン瓶を作って電荷を蓄え、電線や鎖、握り合った手で繋いだ回路を通して放電させ、帯電した物体に現れる引力と斥力について研究した。しかし、実験という点では重要な成果は何も生み出さなかった。
1791年、ボローニャ大学の解剖学教授ガルヴァーニは、動物の筋肉に起源を持つ、新しく驚くべき特性を持つ電気の現象を発表した。そのため、動物電気と呼ばれた。彼はカエルの脚を食用に用意していたが、偶然、その脚をガルヴァーニが実験していた電気機械の近くに置いたところ、脚に火花が散り、脚は火花が散るのと同じ頻度で収縮した。この動きを最初に観察したのは妻で、ガルヴァーニはこの現象に気付いた。そしてガルヴァーニはすぐに、皮を剥いで吊るしたカエルの腿が優れた検電器になることを発見した。このように実験を進めるうちに、彼は別の検電器も作った。[11] そしてさらに重要な発見がありました。それは、カエルの脚の筋肉と神経に2種類の異なる金属片を接触させると、脚は以前と同じように収縮するというものでした。電気炉を発明し、優れた実験技術を有していたもう一人のイタリア人教授、アレクサンダー・ボルタは、今度はガルヴァーニの実験に注目し、カエルの脚を動かす電気の源は脚そのものではなく、使用されている金属にあることをすぐに発見しました。ガルヴァーニ電池の最初の形態はボルタの研究成果であり、ボルタ電池と呼ばれていました。この電池は、亜鉛、フランネル、銅の円板を交互に、この順序で一定の間隔で積み重ねたものでした。フランネルは塩と水、または希硫酸で湿らせました。最初の亜鉛を最後の銅に電線で接続すると、強力な電流が得られました。このタイプの電池は現在では全く使われていません。なぜなら、より効率的な発電方法が知られているからです。しかし、1800年にイギリスで初めて知られたとき、これは非常に驚くべきことであり、[12] それは、電気の歴史の中でそれ以来頻繁に起こった驚きの 1 つでした。
ハンフリー・デービー卿は大型のボルタ電池を用いて驚くべき成果をあげました。水を分解し、まず酸素を用いてカリウムとナトリウムという金属を化合物から分離しました。ボナパルトは「フランクリンやボルタに匹敵するほど実験と発見によって電気とガルバニの知識を進歩させた人物」に6万フラン、さらに「ガルバニ液に関する毎年の最も優れた実験には3000フラン」の賞金を授与すると発表しました。後者の賞はデービーに授与されました。
1806年のデービーの成功の後、電気に関する実験的な知識に重要なものは何も追加されませんでした。1820年、コペンハーゲンのエルステッドが「ボルタ回路の導線は磁針に作用する」こと、そして磁針が導線に対して直角に向く傾向があることを発表しました。これは全く予想外の作用でした。この観察は極めて重要であり、ヨーロッパとアメリカの哲学者たちはすぐにこの発見に飛びつきました。[13] アメリカはこの新しい現象の探究に乗り出した。フランス科学アカデミーのアンペール氏によって、電線を流れる電流の作用を受けた磁針の運動法則が見事に解明された。彼は、電流が流れる電線を、自由に動く磁針（つまり北を指す）の上に平行にかざすと、電流が北に向かって流れている場合は北極が西に、南に向かって流れている場合は南極が西に振れることを観察した。そして、いずれの場合も磁石は電流に対して直角を向く傾向があり、この角度の変位は電流の強さに依存することを発見した。こうしてガルバノメータが誕生した。ガルバノメータは 電流の存在を検知するだけでなく、その方向と強さを測定できる機器である。現在の電気法則に関する知識は、この機器を用いた観測に大きく依存している。もちろん、この機器はその後大きく改良され、信じられないほど高感度化された。[14] しかし、すべての検流計において、その構造に関係する基本原理は、電流が磁石に作用するというものであり、これはエルステッドによって初めて発見されました。
マグネット。
ニカンドロスの記述によると、イダ山の斜面で羊の群れを飼っていた羊飼いの中にマグネスという名の者がいた。彼は羊の群れを牧草地に連れて行く際、羊飼いの杖が岩に引っかかることに気づいた。この男の名前から 磁石という名称が由来したと考える者もいる。しかしながら、一般的には、磁石の名は小アジアの古代都市マグネシアに由来すると考えられている。その近郊で磁石、すなわち磁性物質が発見されたのである。鉄や鋼の小片を引き寄せて捕らえるという驚くべき性質を持つこの岩石は、現在では鉄鉱石の一つとして知られており、鉱物学者は磁鉄鉱と呼んでいる。鉄は化学的に酸素と結合し、重量の72.5%を占める。鉄鉱石には他にヘマタイトと呼ばれるものがあり、これは70%の鉄を含む。[15] しかし、鉱石に含まれる鉄の含有量が 2.5 パーセント異なるだけで、磁気的に不活性な物質と、自重の数倍の鉄の塊を持ち上げることができる物質との違いが生まれます。
アイザック・ニュートン卿は、指輪に3グレインの小さな磁石をはめていたと言われています。これは750グレインの重さを持ち上げることができ、これはニュートン自身の重量の250倍に相当します。現在知られている最も強力な磁石は、パリのオベリアン氏が所有しています。これは自重の40倍を持ち上げることができます。しかし、大きな磁石は、その重量に比例して大きな重量を支えることはできず、自重の1～2倍を超えることは稀です。
世界には、磁性を持つ鉄鉱石の巨大な層が数多く存在します。ニューヨーク州北部のアディロンダック地方やペンシルベニア州チェスター郡などにもそのような鉱床が見られます。スウェーデンの有名な鉄鉱山も磁性を持つ鉄鉱石でできており、ラップランドにも大きな鉄山がいくつかあります。この鉱物が磁鉄鉱と呼ばれるからといって、すべての標本が磁性を持つと推測してはいけません。[16] 大きな塊がそのような力を示すことは稀で、普通の鉄や鋼の破片も同様です。しかし、どんなものでも鉄と同じように磁石に引き寄せられます。最も強力な天然磁石は、シベリアと北ドイツのハルツ山脈で発見されています。
この磁性を持つ鉱石を鉄粉の塊の中に置くと、鉄粉が最も多く付着するのは両端、つまり両側で、これらは磁石の極と呼ばれます。この鉱石を紐で吊るして自由に回転させる場合、必ず同じ極が北を向いた状態で静止します。したがって、この極は磁石の北極と呼ばれ、この作用は指向作用と呼ばれます。この指向作用は3000年以上前に中国人に知られていました。彼らはタタールの広大な草原を横断する際に、磁気自動車を使用していました。その車には、可動式の伸ばした腕が常に南を指している人の姿が描かれていました。ギルバート博士は、コンパスが中国からもたらされたと断言しています。[17] 1260年、パウルス・ヴェネトゥスという旅行者によってイタリアに渡った。
硬化した鋼片を天然磁石に擦り付けると、同じ指向特性が得られます。鋼は使いやすい形に容易に成形できるため、コンパスの針には鋼の針が一般的に用いられてきました。磁石の指向力は、あらゆる文明国にとって計り知れない価値を秘めており、今もなおその価値は変わりません。海洋航行は磁石なしでは不可能であり、領土の境界も磁石によって定められています。しかし、磁石以外にも、様々な用途があります。プロパティ 過去 50 年以内に発見された磁石の力学と磁気的関係は、コンパスと同様に人類にとって重要となる運命にあります。
1825年、イギリスのウールウィッチのウィリアム・スタージョンは、軟鉄片に銅線を巻き付け、電流を流すと軟鉄は磁石になるが、電流がコイルを流れている間しかその磁力を維持できないことを発見した。このようにして開発された磁性は、[18] 電磁気学の分野で、このように巻かれた鉄は電磁石と呼ばれました。最初の電磁石は、軟鉄の上に裸線を巻くことによって作られました。この方法では、それほど強力な磁石は得られません。1830年、ヘンリー教授は裸線を絹で覆って絶縁し、初めて強力な磁石を製作しました。
彼は59ポンドの軟鉄棒に、26個のコイル（各脚に13個ずつ）を取り付けました。コイルはすべて両端で共通の導体に接続されており、全長は728フィート（約220メートル）でした。この装置は2,500ポンド（約1,200キログラム）の重量に耐えられることが確認されました。この電磁石は現在、イェール大学が所有しています。
電磁石の力は、どんな永久磁石よりもはるかに強力です。パリのジャマンが作った永久磁石は、薄い鋼板を束ねて作られており、重さ4ポンドで、100ポンドの重量を支えることができます。しかし、ジュール博士はコイルをうまく配置することで、自重の3500倍、つまり100ポンドの重量を支えることができる電磁石を作りました。[19] アイザック・ニュートン卿のリング磁石の比例荷重の 40 倍です。
ガルバニ電池。
ボルタによって考案され、30年間ほとんど改良されなかったガルバニ電池の原型は、通常は希硫酸を液体として入れたセルで構成され、その中に2枚の異なる金属板が浸されていました。使用された金属は、一般的に亜鉛と銅、または亜鉛と銀の板でした。このような板を液体に浸すと、最初は非常に大きな電流が発生しますが、長くは持ちません。その理由は容易に理解できます。液体と2種類の異なる金属との化学反応によって電流が発生すると、必ず液体の分解が起こり、この分解は板自体で起こります。そして、放出されたガスは板に付着し、酸との接触を防ぎます。同時に、ガス自体も板に作用し、逆方向の電流を発生させます。これは当然のことながら、最初の電流を妨害します。[20] 電流が流れ、極板が液体から引き抜かれるまで電池はすぐに使えなくなります。このような電池で起こるこの物理化学的プロセスは、極板の分極と呼ばれます。
図1. 図1.
添付の図は、前述のような電池セル内で起こっている動作を理解するのに役立ちます。Ptを白金板、Znを亜鉛板とします。どちらも塩酸（記号はHCl）の入った容器に入れられています。塩酸分子は非常に小さいため、当然のことながら、両板の間には膨大な数の分子が存在することになります。両板は、空気中を走る電線で接続されます。これらの条件が満たされると、シューという音が聞こえてきます。[21] セルから白金板へガスの泡が立ち上るのが見えます。分析の結果、これらの泡は水素の泡であることが証明されます。同時に亜鉛が溶解し始め、分析の結果亜鉛の塩化物が形成されます。同時に、電流が電線を通して白金から亜鉛へと流れます。このようにして発生する電気の量は、放出される水素の量に厳密に比例し、水素の量もまた溶解した亜鉛の重量に比例します。そして、これは酸の作用にさらされる金属の表面積に比例します。さて、上記のような状況下では、放出された水素は化学的に結合するものがないため、白金に非常に強く付着します。そのため、白金板はすぐに目に見えて泡で覆われます。羽根や綿棒でこすり落とすことはできますが、同じことが繰り返されるだけです。
この泡のコーティングは酸がプレートに触れるのを防ぎ、実質的にプレートの表面積を減少させますが、発生する電気の量は[22] 化学反応にさらされた表面を見れば、プレートのこのような分極がどのようにしてバッテリーをすぐに停止させるのかがすぐに理解できるでしょう。
1836年、ロンドンのJFダニエル教授は、ダニエル電池と呼ばれる電池を考案しました。この電池では、水素が放出された金属（銅）が多孔質のセルによって亜鉛から分離されていました。亜鉛は希硫酸に浸され、銅は青ビトリオール（硫酸銅）の酸性溶液に浸されました。多孔質のカップは電気の流れを妨げず、分解も妨げませんでした。しかし、この場合、銅板で放出された水素は、硫酸銅の分解によって得られた酸素とすぐに結合しました。こうして水が生成され、銅が銅板上に析出しました。銅は優れた導体であるため、電池は長期間にわたって強力な動作を維持しました。
ロンドンのグローブ氏は1839年に、今でも彼の名前で呼ばれる電池を発明した。この電池では、白金製の水素極板を強硝酸に浸し、多孔質の土製のセルに封入し、これを[23] 希硫酸と亜鉛を入れた容器。この場合、放出された水素は直ちに硝酸を分解し、硝酸は容易に酸素を放出します。他の場合と同様に、水が生成され、硝酸の強度は失われます。白金の代わりに炭素細片を使用したものがブンゼン電池です。その他の点はグローブ電池と同様で、非常に強力で一定の電流を発生します。学術機関では、これらの電池のいずれかを使用して電気に関する実験が行われており、最近まで電信用途ではほとんどが使用されていました。
[24]
電気を生成するためのその他の手段。
熱電気。
銀と鉄のような異なる金属の帯板を一端でろう付けし、他端を検流計に接続すると、金属のろう付け接合部を加熱すると、電流が鉄から銀へと回路を流れることがわかります。同じ大きさで同じ加熱温度の他の金属を使用した場合、発生した電流は、使用する金属の種類によって偏向角が大きくも小さくもなりますが、その偏向角は一定です。一般的に使用される2種類の金属はビスマスとアンチモンで、長さ約1インチ、平方1/8インチの棒状になっています。これらは、棒の端が面になるように直列にろう付けされ、その数は50対にも達することがあります。このような直列はサーモパイルと呼ばれます。この方法は[25] 電気を発生する方法は 1821 年にベルリンのゼーベックによって発見されましたが、現在熱の研究で広く使用されている熱電対は 1835 年にノビリによって発明されました。この電流の強さはそれほど大きくなく、ダニエル電池 1 個は、これまでに発見された最強の組み合わせ、つまり銅とドイツ銀の人工硫化物の 9 組に相当します。
磁気電気。
図2. 図2.
エルステッドは、磁石が自由に回転すると、電流が流れる電線に対して直角に向くことを発見し、電気と磁気の相互作用を実証したことは既に述べた。しかし、逆の事実、すなわち、両端が検流計に接続されているか、あるいは閉じられた電線上を磁石が移動すると、電線に電流が発生し、その方向は磁石の運動方向に依存することを発見したのはファラデーであった。電線が中空の螺旋状に巻かれている場合、磁石は螺旋内を移動する際に、電線に対して直角、つまり直角に移動する。[26] らせんのすべての回転に角度があり、各回転ごとに電流の強さが加算されます。これは、図2の図を参照することで理解できます。Gをらせんの導線に接続された検流計、NSを永久磁石とします。磁石をコイルに押し込むと、電流がらせん、導線、検流計を流れ、指針がその方向を示します。磁石を引き抜くと、電流は回路全体を反対方向に流れます。このようにして発生した電気は誘導電気と呼ばれます。このように誘導できる電気の量は、磁石の大きさと強さ、導線の大きさ、コイル内の導線の長さに応じて、ほぼ無制限です。現在、コイルの極の前で導線コイルを動かすことで電気を発生させる機械は数多くあります。[27] 永久磁石。これらは一般に磁電機械と呼ばれます。これらの機械の動作は電話通信との関わりにおいて非常に重要であるため、より詳細な説明が必要となります。
磁気誘導。
図3. 図3.
図3のNSを永久磁石となった硬化鋼の棒とします。これに板釘を近づけると、板釘は最初の磁石の誘導作用によって磁石になります。この誘導磁性は、永久磁石から最も遠い端に鋲などの鉄片を近づけることで確認できます。[28] 磁石です。釘は磁石にくっつきますが、釘を磁石の近くから離すと剥がれます。釘の極性をテストすると、磁石のN極が釘に向いている場合、磁石に最も近い端はS極になります。いずれの場合も、磁石に作用する極とは反対の極性を持ちます。このようにして発生する誘導磁気の強さは、磁石と鉄の距離に依存し、両者が接触したときに最大になります。しかし、釘自体も磁石になり、別の釘を引きつけ、さらにその釘がさらに別の釘を引きつけます。このようにして支えられる釘の数は、最初の磁石、つまり誘導磁石の強さに依存します。
釘に数フィートの針金を巻き付け、その両端を普通の検流計に固定し、釘を永久磁石に近づけるとします。検流計の針は釘が近づくにつれて動きます。そして、もし釘が磁石に触れると、針の動きは突然急激に加速しますが、すぐに停止し、釘の磁束密度が示されます。[29] 釘が永久磁石に接近したり離れたりする動きがない限り、釘は永久磁石に接触している間は強力な磁石であるにもかかわらず、電線に電気は流れません。釘を引き抜くと、前述の2つの現象が起こります。つまり、釘が離れるにつれて磁力を失い、磁力が失われることで、釘が近づいたときとは逆方向に電線に電流が流れます。逆方向の電流は検流計の針によって示され、前のページで述べたアンペールの法則に従って動きます。
ここで注目すべきは、21ページで既にファラデーの実験として言及されているものと非常によく似た効果が得られるということです。一方は永久磁石を電線コイルに押し込み、もう一方は鉄片をコイルに閉じ込めて磁石にします。どちらの場合も、部品の機械的運動が続く時間と同じだけの電流が発生します。[30]
磁気電気機械。
このような過渡電流は実質的に役に立たないため、流れを連続的にするための装置がいくつか発明されています。これを実現するための一般的な機械の形状は、図を参照することで理解できます。
図4. 図4.
図4のNSは永久磁石で、両極を利用するためにU字型に曲げられています。N′とS′は軟鉄製の短い棒で、同じく軟鉄製のヨークYに固定されています。図示のように、それぞれの棒の周囲にはコイル状の電線が巻かれており、電線の端部は互いに接続され、いわゆる極変換装置にも接続されています。この部分全体は、Pにある滑車によって軸PYを中心に回転することができます。その動作は以下のとおりです。[31] それらの位置では、軟鉄棒 N’ S’ は永久磁石の誘導作用によって磁石になるはずです。釘が同じ位置で磁石になったのと同じです。部品が図に示されている相対位置にあり、動きがない限り、電気は発生しません。しかし、軸 PY を回転させると、棒 N の反対側の極性を表す S’ は誘導磁気を失います。そして半回転すると、その同じ極が現在 N’ がある場所になりますが、その時には S’ ではなく N’ 極性になります。つまり、N から離れるにつれて S 極性が失われ、S に近づくにつれて N 極性が増しています。したがって、電流がコイルを一方向に着実に流れています。同時に、もう一方の棒 N’ も同様の位相を経ており、それを包むコイルには最初のコイルと同じ方向に電流が誘導されています。これにより電流の強さは 2 倍になります。そして、電流が必要な場所には接続線が通電されます。この設計に基づいて、50～60個の強力な複合機を搭載した機械が作られました。[32] 永久磁石と、それと同じ数のワイヤーコイルがあり、それを動かすには 8 馬力か 10 馬力の蒸気機関が必要です。
軟鉄製のアーマチュアをシャトルのような形状に変え、その中に電線を巻くことで、より扱いやすく、はるかに効率的な磁電機械が作られました。これは「ジーメンス・アーマチュア」と呼ばれています。このような機械の最新の形態はグラムと呼ばれ、その特徴は、アーマチュアの代わりに幅広の軟鉄製のリングを使用していることです。このリングの周りには、絶縁された銅線の等長コイルが多数巻かれ、コイルの巻きの半分がリングの内側を通るように巻かれています。これにより、コイルは縦方向になります。このようにして作られたアーマチュア全体は、回転できるようにシャフトに固定され、強力なジャミン磁石の両極の間に固定されます。コイルの両端は軸上の導体に接続され、このようにして作られたアーマチュアを回転させると、他の形式とは異なり、非常に一定で強力な電流が一方向に流れます。[33] 1 馬力で、グローブ電池 50 個分の電力に相当する明るさが得られるということです。
二次電流。
1836 年というはるか昔に、セーラムのペイジ教授は、電線コイルに電流を流すと、そのコイルと平行な別のコイルに逆方向の電流が誘導されることに気付きました。また、最初のコイルの電流が遮断されると、2 番目のコイルには前のコイルとは逆方向の電流が流れます。これらの電流は二次電流と呼ばれ、非常に過渡的です。電流を流すか遮断する瞬間を除いて、電流は全く流れません。この点で、コイル内の軟鉄の挙動を思い起こさせます。軟鉄は、磁石に近づけたり遠ざけたりすると電流を発生させますが、静止している限り電流は発生しません。
これらの二次電流はヘンリー教授によって研究され、多くの興味深い現象が発見されました。ここでは、いわゆる「二次電流」について言及するだけで十分でしょう。[34] 誘導コイルは、電磁気学と電気誘導の原理を発展させたものです。任意の大きさの軟鉄棒に電線を巻き、その両端をガルバニ電池に接続できる状態にします。このコイルの周りに、非常に細く絶縁性の高い電線で別のコイルを巻きます。このコイルの両端の電線は、互いに任意の距離に調整できます。一次コイルに電池を接続すると、同時に2つの効果が生じます。まず、軟鉄が磁性を帯びます。次に、二次コイルに電流が発生します。この二次電流の強さは、磁石となった軟鉄の誘導作用によって大幅に増加します。電池の電流が遮断されると、軟鉄は磁性を失い、二次コイルには再び反対方向に電流が流れ始めます。この電流のエネルギーは非常に大きいため、空気中をある程度の距離を飛び越えます。そのため、電池から発生する電気とは明らかに異なります。[35] ニュージャージー州ホーボーケンのスティーブンス研究所向けにリッチー氏が製作した誘導コイルは、一次コイルに6番線（長さ195フィート）を使用しています。二次コイルは長さ50マイル以上で、直径わずか0.005インチの36番線を使用しています。この装置は、3つの大型二クロム酸電池を用いて、長さ21インチの火花を発生させました。
ロンドンのスポティスウッド氏は、これまでで最大の誘導コイルを完成させたばかりです。このコイルは2つの一次コイルで構成されており、一方は67ポンド、もう一方は84ポンドの電線で、電線の直径は0.096インチです。二次コイルは長さ280マイル、巻き数は381,850です。このコイルは3つの部分で構成されており、最初の部分の電線の直径は0.0095インチ、2番目の部分は0.015インチ、3番目の部分は0.011インチです。5つのグローブセルを用いて、この誘導コイルは長さ42インチの火花を発生し、厚さ3インチの穴あきガラスを使用しています。
二次コイルに発生する電気は摩擦によって発生する電気と同じ性質を持ち、すべての実験では通常[36] 後者で行った実験は前者でも再現可能であり、その多くは美しさや興味深さにおいて格段に高まります。例えば、ガイスラー管内の真空放電は、成層現象、蛍光、燐光、大量のオゾン生成、化合物の分解などを示します。
ガラス、ワックス、樹脂、その他のいわゆる非導体との摩擦によって発生する電気は、これまで静電気と呼ばれてきました。これは、一度表面に発生すると、無期限に、あるいは何らかの導体が接触して逃げ道を与えるまで、その表面に留まるためです。例えば、ワックスの塊をフランネルでこすったり、猫の毛皮やキツネの尻尾で叩いたりすると、非常に帯電し、乾燥した空気中では数ヶ月間その状態が続きます。しかし、通常の空気には常にかなりの量の水分が含まれています。水は電気を伝導するため、帯電した表面を湿った空気が通過すると、すぐにすべての電気が奪われてしまいます。
繰り返しますが、電気は電池内の化学反応と相互作用を通じて発生します。[37] 磁石と電線コイルでできた電気は、完成した回路の中で動いているとき以外は存在しないように見えることから、動電気と呼ばれてきました。しかし、これは真実ではありません。ガルバニ電池の電線の 1 本をアースに接続し、もう 1 本の電線を精密な電位計に接続すると、他の物体で摩擦によって発生した電気と同じように、後者が電気的励起の証拠を示すことがわかります。これは張力と呼ばれることもあり、単一のセルでは非常にわずかですが、セルが連続すると別の方法で顕著になります。したがって、単一のセルの端子を手に取っても、何の影響も感じられません。しかし、40 個または 50 個のセルからなる電池の端子をこのように手に取ると、明らかなショックを感じますが、非常に小さなライデン瓶の放電で感じるショックとは比べものになりません。数百個のセルからのショックとなれば、非常に危険です。
かつては、電池の端子が実際に接触しなくても、端子間で電気が流れるかどうかは疑問視されていました。ガシオット[38] 多数のセルからなる電池では、実際に接触する前に、その導線間で火花が飛び散ることを初めて示しました。その後、ドゥ・ラ・ルー氏は多数のセルからなる電池を用いて、火花が飛び散る距離を測定しています。
私は「王立協会紀要」から抜粋した表を示します。
細胞。 打撃距離。
600 .0033 インチ。
1,200 .0130 「
1,800 .0345 「
2,400 .0535 「
この表から、飛翔距離はセル数の2乗にほぼ比例することがわかります。つまり、セル数が600個の場合、火花は0.0033インチ飛びました。セル数が2倍の1,200個の場合、火花は0.0130インチ飛び、最初の距離の4倍まで0.0002インチ以内の誤差で飛翔します。
すると、例えば稲妻のような長さの火花を放つには、どれくらいの大きさの電池が必要かという疑問が湧いてきます。1個のセルで0.00000001インチの長さの火花が放たれ、10万個あれば92インチの長さの火花が放たれます。[39] 百万個のセルから764フィートの長さの火花が放たれ、まさに稲妻の閃光となる。百万個ものセルが1つの連結された電池になることはまず考えられないが、10万個のセルが連結された電池になることはあり得ない話ではない。デ・ラ・ルーはその後8,040個のセルを完成させ、その数の放電距離は0.345インチ、つまり3分の1インチ強であることを明らかにした。また、彼は、さらに多くのセルを用いた実験により、放電距離は上記の比率よりも速く増加すると述べている。
これらの実験や他の多くの実験は、いわゆる静電気と動電気の間に本質的な違いがないことを示しています。動電気の場合、静電気は分子の性質を持つ表面上に発生し、その表面の分子は実質的に、空気中に一つの端子が自由になった小さな電池セルのようなものです。そのため、適切な導体が表面に近づくと、何百万ものセルから電気を受け取り、強く帯電してすぐに火花が散ります。
[40]
電気とは何ですか?
理論。
電気現象を説明する試みは数多くなされてきた。一般的に、これらの現象はこれまで説明され容易に理解できる他の現象とは全く異なるため、ごく最近まで、通常の物質やそれに適用される力の法則とは全く異なる何かが、これらの現象自体に関係しているに違いないと考えられてきた。したがって、この現象には「無比重」という用語が当てはめられた。つまり、物質の本質の一部を欠いた物質である。そして、それが何であれ、ある場所から別の場所へと移動し、流れているように見えることは明らかであったため、「流体」という用語が当てはめられた。これは物質の特定の形態を表す用語である。無比重流体は、電気に付けられた説明的な名称である。ニュートンは、励起された物体が、[41] ガラスを貫通する。電気による引力と斥力という二つの事実を説明するために、二つの理論が提唱された。一つはベンジャミン・フランクリン、もう一つはデュファイである。フランクリンは、電気は微細で計り知れない流体であり、すべての物体には一定量の電気が含まれていると考えた。摩擦などによって、この一定量は乱される。物体が本来の量よりも多く電気を帯びると、正に帯電していると言われ、逆に、一定量よりも少なく電気を帯びると、負に帯電していると言われる。フランクリンは、この電気流体は自己反発力が強く、物質の粒子を強力に引き付けると考えた。
デュファイによれば、2つの電気流体は、その性質は反対だが量は等しい。等量で共存すると、両者は完全に中和する。この中性複合流体の一部は、励起されていない状態であらゆる物質に浸透している。摩擦などによってこの複合流体は分解され、ゴムと物体が擦れ合うことで、等量の反対種類の流体が交換され、一方が正に、もう一方が負に帯電する。[42] 帯電している。この2つの流体は互いに反発し合うはずだったが、互いに引き合う性質を持っていた。つまり、2つの物体に正または負の電気を帯電させると、互いに 互いに反発し合いますが、一方がプラスに帯電し、もう一方がマイナスに帯電すると、2 つの物体は互いに引き合います。
これら二つの理論はどちらも現象を説明するのに役立ち、事実を体系化する上で大きな役割を果たしてきた。しかし、どちらも真実ではないことは明らかであり、どちらも真実ではない可能性が非常に高い。
物質のあらゆる原子の周りには一種の電気的な雰囲気があると考える人もいます。また、現在ストックホルムのエドランドが提唱している別の理論では、電気は放射エネルギー、光、熱を伝達するエーテルと同一であると仮定しています。
いかなる力の性質についても正しい判断を下す前に、それが何をなしうるか、どのような現象を引き起こすことができるかを知る必要があります。そこで、電気が何を可能にするかについて簡単に見ていきましょう。[43]
第一に、電気は帯電した物体の引力と斥力を通じて直接運動を生み出すことができます。これは、電気計、フライホイールの回転、検流計の針の振れなどによって示されます。クラウジウスの数学的研究によって証明され、実験によっても確認されているように、電気が何らかの機械的仕事をすると、それに相当する量の電気が失われ、電気として消滅します。
2d. 十分な量の電流を細い白金線に流すと、直接熱を発生させることができます。白金線は加熱されて赤熱し、その熱の強さによって溶融することさえあります。いわゆる電弧で発生する熱は非常に大きく、最も難燃性の物質でさえも溶融させることができます。電池から電流を熱電対に流すと、熱電対の片面が加熱されます。ライデン瓶の火花の熱で火薬に点火し、金を蒸気に変えることができます。雷による熱は、生木に強力な閃光が当たると見られます。樹液は瞬時に非常に高い圧力の蒸気に変換され、[44] 木は爆発し、小さな破片となって広範囲に飛び散ります。避雷針の先端は、過大な電流が流れることで溶融し、しばしばこの加熱効果を示します。
今世紀初頭、ラムフォード伯爵とハンフリー・デービー卿によって、熱は分子運動の一形態に過ぎないことが実証されました。それ以来、物質の運動と等価熱との間の正確な関係はジュールによって実験的に決定され、熱の単位は物質の運動で表すことができるようになりました。これは、エネルギー保存則として知られる、より一般的な法則から導き出されます。ここでの応用は、前述のように電気作用によって熱が発生する場合、それは依然として単なる 運動であり、この運動は物体の分子間における運動であり、ピスボールが動くときや検流計の針が回転するときのように、空間における物体全体の運動ではないということです。
3d、直接光を発生させることができます。これは、電気機械のあらゆる火花、稲妻の閃光、そして電灯に見られます。[45]
光と熱の間に本質的な違いはなく、私たちが光と呼ぶものは、特定の放射エネルギー光線が目に対して持つ能動的な関係に過ぎないことは、無数の方法で示されてきました。これを明確にするために、例えば太陽光線がガラスの三角柱に当たると仮定してみましょう。すると、光線はすぐに偏向し、偏向前の白い光の点ではなく、鮮やかな色の帯として現れます。これを太陽スペクトルと呼びます。このスペクトルの熱分布を調べるために、熱電対を青い端から赤い端に向かって動かすと、検流計の針は青い端ではわずかに偏向するだけですが、熱電対を動かすにつれて、偏向は大きくなり、熱が最も高くなる赤い端を過ぎるまで続きます。このため、スペクトルの赤い端が加熱端であると言われるのが通例です。様々な機構によって光線を分離し、測定することができる。すると、赤い光線は波を持っているように見える。[46] 赤色の光線の長さは約 1/37000 インチ、紫色の光線の長さは約 1/60000 インチです。赤色を超える光線も測定されており、スペクトルの可視部分から離れるにつれて、長さが一様に長くなることが分かっています。
同様に、青色端を超えると波長はどんどん短くなり、これらの方向のいずれにおいても、目に見えないスペクトルは目に見えるスペクトルよりもはるかに長くなります。さて、ガラスなどの材料で作られたプリズムを用いてスペクトルを生成すると、光線の分布が非常に不均一になることも判明しています。つまり、スペクトルの赤色端に向かって光線は非常に密集し、青色端に向かって光線はより分散しています。したがって、このようなスペクトルの加熱力を測定すると、赤色端では青色端よりも多くの光線が熱電対の同じ表面に当たることになり、検流計の指示は不正確になります。この件について明確な情報を得るには、すべての光線が均等に分散している状態を前提とする必要があることは明らかです。これは数年前、ニューヨークのドレイパー博士によって実現されました。[47] ヨーク大学で、彼は屈折ではなく回折によって生じるスペクトルを取り出し、それを測定しました。その結果、スペクトルの加熱力はどの部分でも等しいことが分かりました。そのため、物理学の論文でスペクトルの加熱力が赤色の端に集中しているという図は、スペクトルが不規則に生じる場合を除いては正しくありません。視覚に関しては、目の機械的構造上、1/37000インチから1/60000インチの波長の放射振動は視覚に影響を与えますが、それより長い波長や短い波長は視覚に影響を与えません。このような波長の波を私たちは光と呼びますが、一部の動物や昆虫が長い波長または短い波長に適応した目を持っている可能性は全く考えられません。その場合、私たちにとって完全に暗いものが、彼らにとっては光となるのです。犬、猫、ネズミなど、多くの動物が夜間でも視覚を持っていることはよく知られた事実です。馬の中には、御者が馬自身さえ見えないような暗い夜でも、道を外れずにいられると信頼できるものもいます。これは通常、彼らの目がより多くの光線を集めるように作られているからだと説明されます。[48] 彼らの目は人類の波長よりも長いか短いかの波長に反応するように作られていると仮定すると、これはずっとうまく説明できます。
したがって、光線は特定の波長を持つ単一の波動線から成り、目に当たると視覚を生み出します。熱電対に当たると、別の波長の熱とちょうど同じ量だけ熱を加えます。不安定な化学関係にある物質に当たると、物質の種類に応じて化学作用を起こします。赤色光線は、紫色光線が他の物質に及ぼすのと同様に、ある物質に対しては効果があります。したがって、最近、ある種の類推を行うためにしばしばなされる、光線は互いに分離可能な3つの明確な部分から成り、熱、光、そして化学的性質と呼ばれるという主張は、全くの誤りです。光線が何をするかは、それがどのような構造物に当たるかによって決まります。そして、それがどのような種類のものであれ、その作用を終えると、光線としての存在は消滅します。
したがって、電気が直接光を生み出すことができるとすれば、それは単に熱の場合と同様に運動を生み出しているだけであり、その運動は人間の目に影響を与えるような種類のものである。[49]
4番目に、磁気を発生させることができます。電流を電線コイルに流すと、コイルは磁石となり、地球の磁気子午線の方向に向きます。軟鉄の棒をコイルに入れると、よく知られている電磁石になります。また、硬化鋼を入れると永久磁石になります。
ここから、磁性とは何かという問いが生まれます。磁性は、鉄片や他の磁石を遠くへ動かすことで運動を生み出すことができることは周知の事実です。また、重力やその他の反力に抗して物質の塊を支えることもできます。磁電機械などの機構を通して、磁性は大量の電気を生み出し、この電気は、引力や反発力によって物体を動かしたり、熱や光を発生させたり、あるいは磁石を作ったりといった、電気のあらゆる効果を生み出すために利用できます。しかし、これらはすべて、質量全体、あるいは分子の運動の様々な形態に過ぎません。ですから、私たちが磁性と呼ぶものが、何らかの運動形態に過ぎないということを一瞬たりとも疑う余地があるでしょうか。それは、何らかの物質、あるいは何らかの運動形態ではないでしょうか。[50] 運動？もしそれが物質の一形態であるならば、磁石は使用されない限り永久に存在し続けるでしょう。なぜなら、使用は力の消費を意味するからです。そして、もしそれが何らかの形態の物質であるならば、与えられた物質の塊にはそのような磁性物質が一定量しか存在できず、消費はその量を減少させるはずです。実際、適切に使用された磁石の力は、目に見えるほど低下することはありません。また、物質の運動も、電気的効果も、その他のいかなる効果も、磁石の作用だけでは生み出されないことも事実です。磁石自体の性質に何らかの運動が加わった場合にのみ、私たちは磁石から何らかの効果を得ることができます。したがって、磁石の作用によるすべての効果は、二つの力の合力であり、一つは物質の塊の通常の運動であり、もう一つは磁石のエネルギーです。したがって、磁石は、それに作用する運動の方向と性質を変えるような構造を持つメカニズムであると推論されます。一般的な電気機械の車輪を回すと、電気が発生しますが、これは発生源とは全く異なる力です。通常の機械では、[51] 動きが入り、電気が出て行きます。後者は機械の物理的構造によって変化した動きです。同様に、磁石は機械的運動を他の運動形式に変換する機械と考えることができます。分子構造がこれに大きく関係していることは明らかです。磁性を全く示さない鉄棒をねじると、ねじりの方向に応じて極を持つ磁石になります。この磁性はコイルに反応し、検流計の針を動かします。鉄棒を元の状態に戻すと磁性は失われますが、再びねじるとすぐに再び現れます。さて、鉄棒をねじると、質量全体にわたって特定の方向に分子の歪みが生じることが明らかです。逆の実験でも同じことが示されています。鉄棒が、その周囲を循環する電流と、同時に鉄棒の縦方向に流れる電流の作用によって磁性を帯びると、鉄棒は[52] 電流の方向に応じて、わずかに伸びたりねじれたりする。さらに、永久磁石を赤熱させると、その磁性は破壊される。なぜなら、そのような熱は分子が外部からの制約なしに自由に配列することを可能にするからである。また、永久磁石を叩くと音楽的な音を発するように吊り下げると、振動させることで磁性は大幅に弱まる。この場合も、他の場合と同様に、振動はすべての分子に影響を与え、磁化される前の位置に再調整することができる。同じことが、鉄の棒が地球の誘導作用によって磁性を帯びる場合にも起こる。この棒を磁気の傾斜方向に保持すると、ごくわずかに磁化されるが、ハンマーで叩くと鳴る、つまり音楽的な音を発するように保持すると、すぐに明確に磁性を帯びる。明らかに、地球の作用は質量体中の分子を新しい位置に設定しようとするが、凝集力は分子が新しい位置を取ることを妨げている。分子が振動すると、[53] 磁石は、より容易に新しい位置をとることができる。つまり、磁石の分子は、磁化されていない鉄や鋼の分子とは異なる配列をしている。そして、どんな種類の物質であっても、分子が新しく配列するたびに、必ず何らかの新しい物理的性質が発現する。同一の物質が、木炭、コークス、石墨、無煙炭、ダイヤモンドとして現れることもある。したがって、磁石とは、それに作用する他の力が性質を変え、他の物質の引力や斥力として再び現れる機械である。この変化は、他の力が同時に作用している場合にのみ起こり、したがって磁性は現れない。そして、磁石がそのような外力なしに作用しているように見える場合、それは吸収した熱を犠牲にして行われているため、その時点で磁石は仕事に比例して温度を失っているはずである。私はこのことを、熱電対の前で磁石の力を作用させることで発見した。このような条件下では、熱電対は均一に冷却された面を示す。この運動の特定の形態がどのようなものになるかは、[54] 我々が磁性と呼んでいるものが何であるかはまだ解明されていないが、それが何らかの運動であることは極めて明白である。以下の実験が、この点についていくらかの光を当てるかもしれない。昨年8月、カー氏は英国科学協会で論文を発表し、その中で以下の実験の詳細が述べられていた。電磁石の極を鏡のように光を反射するようにきれいに磨いた。太陽光線をその極に当て、観察しやすい場所に反射させた。コイルに電流を流すと、当然のことながら鉄は磁性を帯びる。すると、極から反射した光は円偏光していることが観察された。つまり、光線の運動は単純な波動運動ではなく、庭のホースのノズルを円を描くように振り回しながら水が噴き出すときのような運動をするようになったのである。この説明を読んだ後、私は逆の実験を試してみてもよいのではないかと考えた。つまり、円偏光光線が鋼板に及ぼす影響である。通常の光線を集中させることで、[55] 平面偏光を石英レンズで集光し、適切な角度で四分の一波長板に通すことで、強力な円偏光ビームが得られました。このビームの焦点に、磁性のない細いカンブリア針を置き、光が縦方向に通過するようにしました。10分間の照射で、明らかに磁性を持つようになりました。したがって、私たちが磁気吸引力と反発力と呼ぶ運動は、このような螺旋運動と非常に類似していると考えられます。また、これらの運動はエーテルにも存在し、明らかに右巻きか左巻きのどちらかである可能性があります。鉛筆に長さ12インチまたは15インチの針金を巻き付け、ゆるやかな螺旋を作ります。螺旋の両端を合わせ、まず一方が右に、もう一方が左にねじれていることに注目してください。もしそれらが互いにねじれていれば、それらは非常に簡単に前進します。しかし、右巻きの螺旋が同じような別の螺旋と噛み合い、両方が螺旋の方向に回転すると、それらはすぐに離れてしまいます。この概念を磁石に適用すると、磁石によってエーテル中にそのような螺旋運動が作り出され、[56] 通常の物質に作用するそのような運動は、引力と反発力としてその物質に影響を与える。したがって、この現象について少なくとも考えられる程度の機械的な説明が得られるはずである。
図5. 図5.
質量運動と磁気の関係をさらに示す実験は無数に存在するが、あと一つだけ挙げておこう。磁石を自身の軸を中心に回転させても、磁石の外側を流れる電流には何の影響も及ぼさない。しかし、図5のように、磁石の近傍に導線の輪を静止させ、磁石が回転すると電流が発生する。また、磁石を静止させ、輪を回転させると、電流は発生するが、その方向は逆である。この場合も、他のすべての場合と同様に、電流は発生しない。[57] いずれかの部分に運動が与えられた場合を除いて、磁気は発生しません。この実験はファラデーによるものです。
これらすべての例から、電気と磁気はどちらも運動の形態にすぎないという唯一の結論に達することができます。電気は真空を通過できないため、通常の物質における運動の形態ですが、磁気はエーテルに誘導される運動の形態であるに違いありません。なぜなら、磁気は真空中でも真空外でも同様に効果的だからです。電気は常に何らかの物質導体を必要としますが、磁気は放射熱と光のみを必要とします。
速度。
電気の速度は、ライデン瓶の火花のような高電圧のものと電池のものとの両方で測定されてきた。前者は毎秒20万マイル以上の速度を持つのに対し、電池からの電気は毎秒1万5000マイルから2万マイルと遅いこともある。しかし、これは主に導体の問題である。通常の状態では、毎秒3万マイルを超えることは滅多にない。[58] 電信線。通常の電信のように電気を用いて信号を送る場合、必要な時間は線の長さにほぼ比例して変化し、いずれにせよはるかに長くなります。プレスコットは電信に関する著書の中で、「300マイルのNo.8鉄線路の先端にある電磁石に信号を送るのに必要な時間は約0.01秒であり、この時間は線路の長さに比例して増加する。例えば、600マイルの線路では約0.03秒になる」と述べています。また、使用する磁石の種類によっても大きく異なり、磁石の種類によっては、この作業に対して他の磁石よりもはるかに感度が高い場合もあると述べています。
ホイートストンは、電気火花の持続時間は100万分の1秒未満であることを何年も前に証明しました。高速で移動する物体が電気火花、あるいは稲妻の閃光によってのみ見える場合、それは静止しているように見えます。そのため、時速40マイルから50マイルで疾走する列車は、機関車の駆動輪さえも鮮明に見えます。これは、通常の速度では不可能なことです。[59] 連続した光の中では、すべてが静止しているように見えます。同様に、風車の羽根は高速で回転しているにもかかわらず、静止しているように見えます。これは、照らされている短い時間の間、羽根がほとんど動かないからです。
磁気の速度を測定したという試みがなされたという記録は、私の知る限りありません。しかし、もしそれがエーテル中の運動の一種であるとすれば、その速度は放射エネルギーである光の速度、つまり秒速約186,000マイルに匹敵すると考えられます。
[60]
音。
音と電話の関係を説明する前に、音とは何か、そしてそれが伝わる物体の物質にどのような影響を与えるのかをはっきりと説明しておく必要がある。私が鉛筆をテーブルに叩きつけると、鉛筆を叩くと同時に聞こえるような「パチン」という音が聞こえる。しかし、少し離れた丘の上で人が斧で木を叩くのを見た場合、その音はかなりの時間が経過するまで私に届かない。そして、いわゆる音の発生源が遠ければ遠いほど、聞き手に届くまでの時間が長くなることが知られている。したがって、空気中の音速は一定であり、これは非常に正確に測定されており、空気の温度が水の氷点にあるとき、毎秒1,093フィートであることが分かっている。温度が上昇するにつれて、音速は華氏1度につき1フィート強増加する。つまり、[61] 60°では、速度は毎秒1,125フィートです。これは空気中の速度です。水中では約4倍、鋼鉄では16倍、松材では約10倍になります。
単一の音波の構成。
図6. 図6.
人が発射された大砲から15～20ロッドの距離に立つと、まず閃光が見え、次に大砲口から噴き出す煙の雲が見え、地面が震えるのが感じられ、最後に音が耳に届くと同時に、強い空気の噴き出しが感じられる。この空気の噴き出しは音波そのものであり、毎秒1100フィート以上の速度で伝播する。火薬が爆発する瞬間、大砲前方の空気は非常に圧縮され、この圧縮は瞬時にあらゆる方向へ広がり始め、直径が絶えず拡大する球状の空気殻のような状態になる。そして、それが耳に届くと、音が聞こえる。このような音波が崖や建物などの固い表面に当たると、反射波は跳ね返され、[62] 聞こえる場合、それはエコーと呼ばれます。大砲が発射されると、通常、その音が繰り返され、1秒以上続くように見えます。しかし、最初のケースのように、鉛筆をテーブルに叩く音が聞こえる場合、短い一回の音として認識され、これはおそらく、凝縮した空気の波で構成されていると考えられます。
図7. 図7.
振動するように作られた音叉を想像してみてください。それぞれの突起が同時に空気を反対方向に打ち付けます。これらの突起の1つ前の空気の物理的状態を見てみましょう。後者が外側に打ち付けると、その前の空気は外側に押し出され、凝縮されます。そして、空気の弾力性により、凝縮された空気はすぐにあらゆる方向へ外側へと移動し始め、より密度の高い空気の波となります。しかし、すぐに突起は後退し、空気を反対方向に打ち返します。これにより、最初の側の空気は明らかに希薄になります。しかし、擾乱は[63] 希薄化と呼ばれるものは、空気中を凝縮と同じ速度で移動します。したがって、凝縮の波のすぐ後ろには希薄化の波があり、両者は同じ速度で移動し、したがって常に互いに同じ相対位置を保っていることを覚えておく必要があります。さて、フォークは1秒間に何度も振動し、その結果、同じ数のこれらの波を生成します。それらはすべて同じように構成され、同じ長さを持ちます。ここで言う長さとは、凝縮と希薄化の厚さの合計です。フォークが1秒間に100回振動すると仮定します。1秒の終わりに、フォークによって生成された波は[64] 2回目の振動の始まりの振動は、例えば1100フィート伝わったとすると、中間の波はフォークと外側の境界の間に均等に分散され、その距離全体を占めることになる。つまり、1100フィートには100個の音波があり、それぞれの長さは明らかに11フィートである。フォークが1秒間に1100回振動するとすれば、これらの波はそれぞれ1フィートの長さになる。なぜなら、あらゆる長さの音波は空気中を同じ速度で伝わるからである。最近のいくつかの実験によると、小さな笛のような高い音によって動かされた空気の実際の運動振幅は、1インチの100万分の1にも満たないことが示されているようだ。
ピッチ。
音の高さは、それを生み出す1秒あたりの振動数に完全に依存します。2つの音のうちの1つがもう1つの音の1秒あたりの振動数の2倍である場合、音楽ではオクターブと呼ばれる音程だけ音の高さが異なります。この後者の用語は、大きい方の音程が何音程に分けられるかを示すだけです。[65] 通常の音階では、オクターブは分割されます。高い音と低い音の違いは、単に一定時間内に耳に届く空気の振動数の違いです。オクターブを分割するより小さな音程は、正しく発音された場合、互いに数学的な関係を持ち、以下の分数で表されます。
音階
これらの数字は次のように解釈されます。1秒間に256回振動する音叉があるとします。音は、五線譜に示されているように、追加された線上のCの標準音程、つまりコンサートピッチの音になります。さて、正しく調律されたDは9振動しますが、Cは8振動します。しかし、この場合Cは256振動するので、Dは256× 9 / 8 =288振動しなければなりません。同様に、Gは256× 3 / 2 =384振動、その上のCは256×2=512振動で生成されます。他の音も同様です。[66] このオクターブより上または下で他の音が使われている場合、任意の音の振動数は、そのオクターブ内の対応する音の振動数を2倍または半分にすることで求められます。したがって、下のGは 384 ÷ 2 =192、上のGは384×2=768となります。
過去一世紀にわたり、基準音は着実に上昇してきましたが、これは非常に奇妙で思いもよらない方法でもたらされました。音叉は音程を保つための楽器でした。なぜなら、音程を保つための楽器としては、使い勝手がよく、他のほとんどの楽器のように変化しないため、最も適した楽器だからです。しかし、音叉はやすりで音程に調整されます。やすりによって多少温められるため、複製しようとしている基準音と同調した瞬間、音叉は通常の温度よりも高くなります。そして、冷えると音は上がります。この音程と同じ音程の別の楽器を作ると、同じことが繰り返されます。こうして、基準音はヘンデルの時代よりもほぼ一音高まで上昇しました。
一般的なAとCの音叉[67] 楽器店で販売されている音叉は、一般的にコンサートピッチと大きく異なることがよくあります。筆者が測定した音叉は、一般的に高すぎ、1秒間に10回以上も適正な振動数を超えているものもありました。パリのM.ケーニッヒ社製の音叉は、1振動の10分の1以内の精度で、C音叉は1秒間に256振動します。
可聴範囲の限界。
可聴音の限界を定めるための数多くの実験が行われてきましたが、音を知覚する能力には個人差が大きいことが分かっています。ヘルムホルツは、1秒間に約23回の振動が連続音として聞こえる最小回数であると述べています。それより少ない回数であれば、1秒間に4～5回ドアをノックしたときのように、振動はそれぞれ独立した明確な音として聞こえます。もし1秒間に均等に23回ノックできれば、非常に低い音程の連続した音楽的な音を発していることになります。しかし、この23回という回数の限界は、すべての人にとっての限界ではありません。1秒間に16回または18回の振動でも連続音として聞こえる人もいれば、そうでない人もいます。[68] 媒質より上と媒質より下は、同じくらい遠く離れています。楽器の音の限界は、7オクターブのピアノのFからFまでの音域、つまり毎秒42回から5,460回の振動にほぼ全て含まれます。しかし、この高い数値は、人間が聞き取れる音の上限には程遠いものです。
コオロギや蚊など、よく知られている昆虫の鳴き声の多くは、はるかに高い音程を持っています。ヘルムホルツはこの上限を毎秒38,000振動、デスプレッツは36,850としています。結果の相違は、音響知覚における個人差が顕著であることにのみ起因しています。
パリのケーニッヒ社は、高音域の音楽的音を出すために、鋼棒のセットを製造しています。特定の長さ、直径、そして質を持つ鋼棒は、特定の音色を生み出します。高音域の音楽的音を出すための他の鋼棒の適切な長さは、振動数が鋼棒の長さの2乗に反比例するという法則によって決定できます。
直径 2 cm のロッドの寸法は次のとおりです。[69]—
長さ。 振動。
66.2ミリメートル 2万
59.1 ” ” 2万5000
53.8 ” ” 3万
50.1 ” ” 3万5000
47.5 ” ” 4万
これらの棒は絹の輪に吊るす必要があり、どんな耳にもその音が聞こえないほど短い鋼鉄片で叩かれます。それが叩くと、短いドスンという音しか聞こえませんが、他の棒からははっきりとした鳴り響く音が聞こえます。このような鋼鉄棒のセットで実験したところ、1秒間に25,000回もの音を聞き取れる人にはまだ出会っていません。私の限界は約21,000回です。しかし、子供や若者は大人よりもかなり高い音を知覚する力があることが実験的にわかっています。ボストンのクラレンス ブレイク博士は、彼の聴力診療で、何年もかけて聴力が徐々に低下し、片方の耳が全く聞こえなくなり、時計のチクタク音は時計を耳に当てないともう一方の耳でしか聞こえないという女性の症例を報告しています。[70] 治療後、高音に対する敏感さが非常に強く、鉄棒の4万振動の音が聞こえることが判明しました。
昨年、F・ゴルトン氏（FRS）は、科学会議で、非常に高い音を出すために考案した、非常に小さな笛の形をした楽器を展示しました。この笛の直径は1/25インチ未満で、長さは笛の先端のプラグを動かすことで調整できました。このような楽器を使えば、人間の耳に全く届かない音を出すのは容易でした。ゴルトン氏はこれらの笛を用いて、動物たちを対象に非常に興味深い実験を行いました。彼は動物園を巡回し、すべての動物の耳元で非常に高い音を鳴らしました。動物の中には耳をそばだてて音を聞いたことを示すものもいましたが、明らかに聞こえない動物もいました。ゴルトン氏は、すべての動物の中で猫が最も鋭い音を聞き取ることができると述べています。小型犬も非常に甲高い音を聞き取ることができますが、大型犬は聞き取ることができません。牛はより高い音を聞き取ることができることが分かりました。[71] 馬よりも。コウモリやネズミの鳴き声は、普通の音は聞き取れるものの、多くの人には聞こえない。聴覚の鋭さは、聴力の限界とは無関係である。
音が他の物体に与える影響。
振動する音叉を、繊細に吊るされた物体に近づけると、物体はまるで引力に押されているかのように、音叉に近づきます。この実験は、約1インチ四方の紙片を長さ5～6インチのストローに固定し、そのストローを糸で吊るして水平にバランスをとることで行うことができます。振動する音叉を紙から1/4インチ以内に近づけます。この場合、物体が近づく動きは、空気の圧力が振動物体に近いときよりも遠いときの方が大きいという事実によるものです。そのため、紙の音叉から遠い側は、近い側よりもわずかに大きな圧力がかかります。
振動する音叉を耳に近づけて回すと、[72] 1回転で4箇所の音は非常にかすかに聞こえるが、他の位置では明瞭に聞こえる。音の消滅は、いわゆる干渉によるものである。フォークの各先端は同時に音波を発しているが、その方向は反対であり、それぞれの波はあらゆる方向へ外側へ向かって進んでいる。一方の波の希薄な部分がもう一方の波の凝縮された部分とちょうど釣り合うところでは、当然音は消滅する。そして、これらの干渉線は双曲線、あるいは両方の波全体を基準に考えると2つの双曲面となる。
共鳴振動。
音楽の音は、私たちが音程と呼ぶ違いを生み出すだけの、振動の頻度の差によって引き起こされるということが一旦理解されれば、例えば1秒間に100回振動できる物体があり、それが1秒間に100回のパルスや押圧を受けると、このように振動するだろうということがすぐに推論されるだろう。では、[73] 2 本の音叉を用意します。それぞれ 1 秒間に 256 回振動します。片方を叩き、もう片方を空けておくと、片方は 1 秒間に 256 回の振動を空気に与え、これがもう片方の音叉に伝わります。各振動によりもう片方の音叉は少しずつ動き、その累積的な結果、目に見えて動く、つまり音が出るようになります。この原理は、一般的なブランコとまったく同じです。一度押すとブランコは少し動き、ブランコが戻るともう一度押します。同じようにして 3 回目も動き、これを繰り返していくと、人は何フィートも高く振られるようになります。ガラスのコップを叩くと、特定のピッチの音楽的な音が鳴ります。この音は、ダンパーを上げれば、同じピッチに調律されたピアノの弦の音になります。タンブラーが発するのと同じ音を、近くで力強く歌う人々の声でタンブラーを壊したという話もある。タンブラーの振動は分子の凝集力を破るほどに大きいからだ。
共鳴振動による興味深い効果は非常に多くあります。
大きな木は風で根こそぎ倒れることもある[74] 木の振動の速度に合わせて突風が吹き荒れる。兵士たちが橋を渡る際、音楽は止められ、隊列は乱される。これは、振動の蓄積によって橋が壊れないようにするためである。実際、そのような事故は何度か発生している。橋に人や牛が重くのしかかるよりも、少数の兵士が行進する方が危険である。「コールブルック・デールの鉄橋が建設されていたとき、一人のバイオリン弾きがやって来て、作業員たちにバイオリンで橋を壊せると言った。建設業者たちはこれをバイオリンの演奏だと思い、演奏者に心ゆくまでバイオリンを弾くように促した。弦は次々と弾かれ、橋が共鳴する音を見つけた。橋が激しく揺れ始めると、作業員たちは予想外の結果に驚き、バイオリン弾きに演奏を止めるよう命じた。」
いくつかのホールや教会は、話し声や歌声を聞くのにひどく不便です。もしそのようなホールにスピーカースタンドと反対側の端の間に電線を張れば、[75] 通過する音波を吸収し、共鳴振動することで、干渉する反響をある程度防ぎます。使用する線材は比較的細いピアノ線とし、指で弾いたときに低い音が出る程度にしっかりと張る必要があります。大きなホールでは、このような線材を20本以上使用する必要があります。
共振。
音叉を叩き、空中に差し出すと、その振動はしばらく指で感じられますが、耳に近づけない限り音はほとんど聞こえません。音叉の柄をテーブル、椅子、あるいはそれなりの大きさの物体の上に置くと、音は大きく増幅され、広い部屋の隅々まで響き渡ります。その理由は、最初のケースでは振動が非常に小さいため、空気への影響が小さいためだと思われます。振動の力のほとんどは、それを握る手によって吸収されます。しかし、柄がかなりの大きさの硬い物体の上に置かれると、振動は柄に伝わり、その表面のあらゆる部分が空気に振動を放出します。[76] 言い換えれば、振動しているのははるかに大きな物体であり、その結果、空気は増幅された音波を受信しているのです。
もしフォークの軸がゴムの上に置かれていたら、音はこのように強化されなかっただけでなく、フォークはすぐに静止していたでしょう。なぜなら、ゴムは音の振動を吸収し、それを熱振動に変換するからです。このことは、熱電対の表面上にそのような組み合わせを置くことで証明されます。
特に教会など、ピアノやオルガンが演奏されていたり、歌声が響いている部屋で、テーブルや椅子の背もたれに手を置けば、その音を感じずにはいられません。そして、注意深く観察すると、ある音によってテーブルや椅子が他の音よりも激しく揺れることに気がつくでしょう。これはまさに共鳴振動の例です。
楽器の各部品には、弦やリードの様々な振動に反応できるよう、特殊な素材や形状が用いられている。例えば、ピアノにはトウヒ材の薄い板が広く使われている。[77] すべての弦の下にある共鳴板と呼ばれる部分です。この板は弦の振動を吸収しますが、ゴムとは異なり、振動をすべて空気中に放出するため、弦の強度が大幅に強化され、質も多少変化します。しかし、空気自体も同様の働きをする可能性があります。長さが15フィートから20フィート以下のほとんどすべての部屋やホールでは、部屋全体から何らかの反応が返ってくるような声の音色を見つけることができます。いくつかの短いトンネルは、特定の位置から非常に力強く、反応が良く、共鳴する音を生み出します。ニューヨークのセントラルパークには確かにそのようなトンネルがあります。長さは40フィートから50フィートです。このトンネルの真ん中に立って、特定の音程で話したり、何らかの音を出したりすると、その共鳴はほとんど耳をつんざくほどです。これは容易に理解できます。管に閉じ込められた空気柱を、波長が管の長さの2倍の音で振動させると、その空気柱は波の凝縮された部分と希薄な部分で満たされます。これらの動きは横方向には伝わらず、管の長さ方向に移動する必要があるため、空気は[78] 振動の振幅が非常に大きいため、音は非常に大きくなります。管の一端が閉じられている場合、長さは音の波長の4分の1で済みます。都合の良いピッチ、たとえば毎秒512振動のCの音叉を用意し、長さ約8インチの垂直な試験管の上で振動させながら持ちます。応答は聞こえませんが、試験管に少量の水を約5cmの深さまで注意深く注ぐと、試験管は大きな応答を示し、大きなホールにまで聞こえるでしょう。この場合、応答している気柱の長さは波長の4分の1であるため、音叉の波長は24インチになります。
この方法を使えば、フォークの振動数を概算で測定するのは簡単です。
賃貸 l ＝ チューブの深さ、
d ＝ チューブの直径、
v ＝ 音速は温度によって減少し、
北 ＝ 振動数、
それから 北 ＝ 動詞 .
(4( l + d ))
[79]
振動する音叉を、同じピッチのオルガンパイプのアンブシュアの向かい側に置くと、パイプは共鳴し、かなりの音量を出します。1872年、私はオルガンパイプのアクションが、アンブシュアの前で振動するリードのアクションとよく似ているかもしれないと考えました。ふいごから空気がパイプのそばを通り過ぎると、逃げる空気は明らかに薄く弾力のある帯のような形状になります。そして、かなりの速度を持つため、摩擦によって管内の空気の一部が運び去られます。当然のことながら、これにより管内の空気はいくらか希薄になり、凝縮波が管を下っていきます。管の底で突然止まると、その反作用は部分的に外向きになり、空気の帯は管から遠ざかります。その後、同様の理由で、波の別の位相、つまり希薄化が起こり、空気の帯は管に向かって揺らされます。この理論は、送風機に煙を充満させ、そこから抜け出る空気と煙の動きをストロボスコープで観察することで検証しました。この見解は現在、イギリスのオルガン製作者ハーマン・スミスによって提唱されていますが、彼が私より先に発見したのか、後に発見したのかは分かりません。[80]
膜が振動すると、その動きは一般に目で知覚できます。太鼓のように、非常に大きな振幅の振動を起こすこともあります。振動を研究するために、ゴム、金の叩き皮、さらにはティッシュペーパーといった膜を用いて振動を捉える様々な楽器が考案されてきました。かつての少年たちが使っていた楽器の一つに櫛がありました。櫛の前に紙片を置き、口に当てて歌い、紙が音程に応じて緩やかな鼻声を発しました。ケーニッヒは小さなカプセルに膜を取り付け、カプセルの片側をチューブで音源に接続し、もう片側をガス管と小型バーナーに接続しました。チューブ内で発生した音は炎を揺らし、炎の前で動く鏡は音の振動に対応するジグザグの輪郭を映し出しました。
同様に、直径1～2インチ、長さ4～5インチのチューブの端に薄いゴムを張り、1/4インチ四方の鏡を膜の中央に固定すると、[81] 後者の動きは、太陽光線を鏡に当て、数フィート離れた白い壁やスクリーンに反射させることで見ることができます。（図8）
図8. 図8.
この管の中で音を出すと、光点はすぐに奇妙な形をとります。光の節がいくつか入った直線、あるいは単純または複合的な曲線、いわゆるリサージュ曲線です。これらの形がスクリーン上に現れている間に、装置を横に動かすと、形はループの有無にかかわらず波打つ線に変化します。この線は音程と強度によって変化しますが、同じ音程と強度であれば同じ形を保ちます。（図9）
私はこの器具をオペイドスコープと呼びました。[82]
図9. 図9.
膜の振動と固体の振動は、主にその振動の振幅において異なります。長い丸太の片端にピンを引っ掻く音は、丸太のもう一方の端に耳を当てれば聞こえます。しかし、丸太の中のあらゆる分子はわずかに動いているはずです。そして、目で見える動き（質量運動と呼ぶ）と、単に振幅を測定できないために分子運動と呼ぶ動きの間には、あらゆる程度の運動があります。そこで、音との関係に基づいて、すべての物体を大まかに2つのクラスに分類することができます。音を強めるものと、音を分散させるものです。前者は、特定の音との関係において、物体の形状に依存します。後者は、形状に依存せず、あらゆる振動の順序に反応します。空気、木材、金属は後者のクラスに属します。おもちゃの紐でできた電信、あるいは恋人たちの電信は、その一例です。[83] この種の伝声管は、二つのブリキの箱の底の中央を通る紐で繋がれている。紐を張り、一方の箱で人が話すと、もう一方の箱に耳を当ててその内容を聞くことができる。伝声管を直径約4インチ、深さ約4インチに作れば、一般的に考えられるよりもはるかに多くの機能を果たすことができる。私は、500フィートと1000フィートの長さの二つの伝声管を知っている。これらの伝声管を通して、人は話し、明瞭に聞き取ることができる。1000フィートの伝声管では、管の端は羊皮をしっかりと張って作られ、伝声管は8番の綿糸で作られている。張力が大きいほど、音の伝達は良くなる。糸は、少なくとも3フィートの長さの紐の端にループを通すことで、間隔を置いて支えられている。糸は膜を貫通し、膜に接触する小さなボタンに接続されている。風雨はこの伝声管に悪影響を与える。旅客駅と貨物駅の間の500フィートの線路には、[84] 管の端は引き伸ばした子牛の皮で覆われています。糸の代わりに銅製の中継線が使用されています（絶縁されていない細い電線であれば何でも構いません）。これにより良好な張力が得られ、天候の影響を受けません。約90センチほど前に立って、普通の声で楽に会話することができます。この電線は、もう一方の電線と同様に、紐の輪で支えられています。
音楽家は古今東西、音楽的効果を生み出すために様々な楽器を用いてきた。先史時代の人々は骨製の笛を用いており、その中には指孔が設けられ、異なる音色を生み出すものもあった。フラジオレットのように吹く、3つの指孔を持つ鹿角笛も発見されている。また、エジプトの古代遺跡には、ハープ、7つの指孔を持つ笛、フルートの一種、太鼓、タンバリン、シンバル、トランペットなどが描かれている。後世、これらの原始的な形態は、現代のオーケストラで用いられる様々な楽器へと改良されてきた。同じ楽器であっても、なぜある楽器が他の楽器とこれほどまでに異なる音色を発するのかという疑問に、音楽家はかつて関心を抱いたことがなかったように思える。[85] 同じ音程で鳴っている楽器は、同じ音程で鳴っている。バイオリン、ホルン、ピアノの音を他の楽器と間違える人はいない。また、同じ声を持つ人は二人といない。この音色の違いによって、楽器の音色や友人の声色を識別できる。これを音色、あるいは音色と呼ぶ。
約 20 年前、あの偉大なドイツの物理学者ヘルムホルツがこのテーマの研究に着手し、音の性質に関する謎をすべて解明することに成功しました。
彼はまず、楽音が単音であることは稀で、強度や音程の異なる複数の音、時には10から15の音から成り立っていることを発見した。最も低く、また最も強い音は基音と呼ばれ、ピアノの中央ハの音程やバイオリンのA弦の音程のように、音の高さについて話すときに私たちが指すのは基音である。基音に伴う高音は、倍音、高部分音と呼ばれることもあるが、一般的には倍音と呼ばれる。音の特徴や質は、その数に完全に依存している。[86] 基音に関連する倍音の強さと音程。パイプとバイオリンで、倍音を含まず基音のみで構成された音を出すことができれば、二つの楽器は全く同じ音になります。しかし、これを実現するのは非常に困難であり、実際に出した音は滑らかではあるものの、個性がなく、不快な音となります。
第二に、ヘルムホルツは、倍音は常に基本音と最も単純な数学的関係にあることを発見しました。実際、倍音はその基本音の単純な倍数であり、その振動の数の 2 倍、3 倍、4 倍などです。
これは、五線譜に書かれたときに、そのような関連音の位置を考えれば、すぐに理解できます。
音階
五線譜に示されているように、ベースのCから始めて、それを基音とすると、[87] 上記の比率を表す音符は、9倍音までの小さな音符で示される音符です。最初の倍音は振動数の2倍で生成されるため、オクターブになります。2番目の倍音は2オクターブ目の5倍、3番目の倍音は1オクターブ目から2オクターブ目、といった具合です。これらの音符の振動数は、基音の数に音階におけるその次数を掛けた値となります。
128 振動の C を取ると、この系列は次のようになります。
128 × 1 = 128 = C 基本。
128 × 2 = 256 = C´。
128 × 3 = 384 = G´。
128 × 4 = 512 = C´´。
128 × 5 = 640 = E´´。
128 × 6 = 768 = G´´。
128 × 7 = 896 = B´´♭。
128 × 8 = 1,024 = C´´´。
128 × 9 = 1,152 = D´´´。
128 × 10 = 1,280 = E´´´。
この一連の動作は、聴覚の限界まで続けられます。今では、すべての楽器が[88] 完全な系列を示すことはできません。実際、楽器によってはそれらすべてを得ることは不可能です。しかし、それぞれの倍音が存在すると、私たちが品質と呼ぶ全体的な効果に貢献します。ピアノ線を釘で叩いたときのように、倍音が基音よりも目立つ場合があります。このように叩いた場合、望ましい音が出ないことは常に指摘されてきました。したがって、心地よい音を生成・強化し、邪魔で不快な倍音を抑制するように楽器を製作するのが楽器製作者の技です。ピアノ製作者は、張られた線を最も音楽的な音を出すために、どこで叩くのが適切かを試行錯誤で学びました。しかし、両端から長さの約7分の1または9分の1の位置で叩くと、不快な7倍音と9倍音の発生を防ぐことができることが観察されるまで、その理由は示されませんでした。したがって、適切に作られた楽器では、これらの倍音はほとんど聞こえません。これらの倍音は、より低い音と非常に不協和です。
オルガンパイプにはそれぞれ特有の性質があり、[89] 口が広いもの、口が狭いもの、円錐形など、さまざまな形にすることで、さまざまな品質の心地よい音を生み出すことができます。
バイオリンは、他の楽器よりも製作者を悩ませる楽器の一つです。200年前にクレモナのアマティ家によって製作された古いバイオリンの中には、金の何倍もの価値があるものもあります。近年の製作者たちは、それらに匹敵するバイオリンを作ろうと試みましたが、創意工夫と技術が及ばなかったため、彼らは、 楽器には年月が深く関わっており、年月がバイオリンの音色を滑らかにするのだと主張します。しかし、クレモナのバイオリンは、製作者たちの手を離れた当時も今も変わらず素晴らしい楽器でした。そして、アマティ家のバイオリン製作者としての名声は、彼らが生きていた間、ヨーロッパ全土に轟いていました。
良質のヴァイオリンは、上手に演奏すれば素晴らしい音楽効果を生み出し、その音域と音質のおかげで、常に心地よく満足のいくオーケストラの主力楽器となっています。しかし、熟練していない人の手にかかれば、最高級のクレモナでさえ、かつてその音色を失っていたことを後悔するような音を奏でることになります。[90] 発明された。あらゆる種類の倍音を、あらゆる程度まで強調して容易に展開することができる。そのため、熟練した演奏者は、弦の適切な位置で弓を引くことで、必要な倍音を展開し、不要な倍音を抑制する。通常は、ブリッジから約1インチ下まで弓を引くが、弓の位置は弦を止める指の位置と、弦にかかる圧力によって異なる。バイオリンを上手に演奏するには、信じられないほどの練習が必要である。
添付の表には、一般的に使用されているいくつかの楽器の音の構成部分が示されています。
トーン構成。
音の構成要素は、音列を表す数字の下の列に線で示されています。例えば、ナローストップのオルガンパイプは、基音とその振動数の3倍、5倍、7倍、9倍の倍音からなる音を出します。
トーン構成。
楽器。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
オルガンのパイプ。
ワイドストップ /
ナローストップ / / / / /
細い円筒 / / / / / /
校長（ウッド） / / /
上部が円錐状に狭くなっています。 / / / /
フルート / / / /
バイオリン / / / / / / / / / /
ピアノ / / / / / / / /
ベル / / / / / / /
クラリオネット / / / / /
ファゴット / / / / / / /
オーボエ / / / / / / /
すべての倍音が同じ強さであると推測してはならない。倍音は[92] しかし、これらは楽器によって異なり、同じ名前の楽器でも良い楽器と悪い楽器との違いとなるのはこのためです。
いくつかのスペースには、そのような倍音が極めて弱いことを示すために、非常に細い線が引かれています。例えば、ピアノでは6度、7度、8度がこのように記されていますが、前のページで説明したように、これらの音は機構によって抑制されています。
ここでは、オルガンのパイプのさまざまな形式のうち、ほんの一部だけを示しますが、これらの形式だけでも、パイプの音色にどのような物理的な違いがあるのかを示すには十分です。
人間の声は倍音が非常に豊富ですが、同じ声は二つとありません。そのため、楽器の場合のように声の構成要素を表にすることは不可能です。
ヘルムホルツの音響分析実験では、容器に閉じ込められた空気の共鳴原理が利用された。音叉を用いた波長測定実験（p. 78）では、音叉の共鳴は観測されなかったと記されている。[93] 管内の空気の容積が、フォークの振動数に依存する特定の長さまで減少するまで、振動は起こりました。試験管の代わりに瓶を使用しても、結果は同じだったでしょう。あらゆる種類の容器は、特定の波長の音に反応することができますが、球体が最良の結果をもたらすことがわかっています。これらは、音波が入る穴が片側にあり、反対側には突起があり、そこから約8分の1インチの穴が開けられており、これを耳に当てます。大きな開口部の前で発せられた音は、球が自然に増強できる特定の音でない限り、何の反応も得られません。その場合、その音ははっきりと聞こえます。では、1、2、3、4、…の比率で音を増強するのに適したサイズに段階的に変化させた、このような容器を20個以上並べたとします。楽器、例えばフルートを手に取って、一番大きな球に反応する適切な音程で吹いてもらいます。次に、フルートを鳴らしながら、順番に各球を耳に当てます。倍音が存在する場合、[94] それらは基本音とは明確に区別して聞こえます。同様に、他の音もすべて、あるいは一部でも研究することができます。
しかしヘルムホルツは、多種多様な音の分析に留まらず、あらゆる種類の楽器の音を模倣できる合成法を発明しました。音叉は、電流によって振動すると、倍音や倍音のない音を発します。したがって、p. 86に示されている倍音列の数に等しい振動周期を持つ一連の音叉を、そのうちのどれかを任意に振動させることができるように配置すれば、結果として得られる複合音は、そのような倍音を持つ楽器から発せられる音に匹敵することは明らかです。例えば、基音Cを発する音叉に、基音の2倍、3倍、4倍の数を発する他の音叉を組み合わせ、それぞれが単音を発すれば、p. 91に示されているように、結果として得られる音はフルートの音になります。1、3、5、7、9をすべて鳴らせば、結果として得られる音はクラリネットの音になります。彼は実際にこれを達成し、今では[95] 物理的な装置はまさにそのような器具を宣伝します。
ヘルムホルツはまた、弓で弾くと声のような母音を出す音叉も考案した。
89ページでは、一般的にヴァイオリンの音色は加齢とともに円熟すると考えられてきたと述べられています。前ページで触れてきた音に関する事実を知れば、このような意見がなぜ生まれるのか、そしてそれが誤りであることは容易に理解できます。高音を聞き取る能力は加齢とともに低下することが決定的に証明されています。ヴァイオリンは可聴限界にまで達する非常に多くの倍音を発するため、たとえそのような楽器の音質が全く変化しないとしても、長年演奏している人にとっては、高音の倍音が減ったように聞こえるでしょう。つまり、より円熟したように聞こえるでしょう。楽器にそのような物理的な変化が起こるという証拠はありません。ここでは、変化がないとは断言されていません。[96] 確かに起こるかもしれません。可能性は高いかもしれません。しかし、私たちが持っている証拠は、聴力が変化することが分かっている個人の意見だけです。そして、この変化は、音質に関する判断を同様に変化させる可能性があります。バイオリンにそのような物理的変化が起こり、音質に知覚できるほどの違いが生じると断言するには、長年にわたり、一定間隔で倍音の数と強度を正確に測定し、それらを比較する必要があります。これはまだ行われていません。
空気中の複合音波の形。
63ページには、空気中の単純な音波の形状が図解されており、これは説明されているように、凝縮と希薄化という2つの部分から構成されています。すべての単純な音波はこのような形状をしています。しかし、楽器の音のように、互いに単純な比率で存在する2つ以上の音波が空気中で形成される場合、結果として生じる波の構造は多かれ少なかれ複雑になります。そして、多くの異なる種類の音波が存在する場合のように、多くの成分が存在する場合、[97] 楽器が全て同時に鳴っている場合、そのような波の組み合わせの形を大まかに把握することさえほぼ不可能です。音響に関する論文では、一般的に、各要素とその相対的な強度を表す縦軸を用いて説明されます。縦軸の両端を結ぶと、規則的に繰り返されるループを持つ曲線が描かれます。しかし、これでは波の形を正確に把握することはできません。なぜなら、空気粒子の運動は、波打つ水面を漂う物体のように上下に動くのではなく、波の進行方向に沿って前後に動くからです。
図10では、1、2、3の3つの単純な音波が示されており、それぞれ波長1、2、3です。図4では、これら3つが1つの複合波に合成され、空気中のそのような音波の横断面の形状をよりよく示しています。主音と呼ばれるオルガンパイプは、91ページの表を参照すればわかるように、このような複合波を出力します。しかし、このパイプでは2番目の倍音は非常に弱いため、形状が変化するため、bでは密度がいくらか減少し、 aでは密度が増加することになります。[98]
図10. 図10.
同様に、基本音の長さの空間は、それが何であれ、いくつかの小さな凝縮と希薄化に分割され、それらは互いを強めたり、干渉して両方の位置を変えたりすることがあります。図のbでは、波 2 による凝縮が波 3 の希薄化と干渉しています。
[99]
相関。
電話に関係する 3 つの要素、つまり電気、磁気、音については詳しく説明しましたが、次は、通常の電気回路を介して楽音や音声を実際に伝送するまでのさまざまな手順を追っていきます。
31ページには、軟鉄棒を巻いた電線に電流を流すと、軟鉄棒は一時的に磁石になる、と書かれています。電流が止まるとすぐに磁性を失います。もし軟鉄棒がかなりの大きさ、例えば長さ1フィート以上、直径0.5インチ以上で、電流が強力な磁石になるほど強い場合、電池からの電流が切れるたびに、棒からカチッという音が1回聞こえます。これは電流が切れるたびに発生します。これは分子運動によって引き起こされ、その結果、[100]棒の長さの変化 で生じる。磁石になると、棒の長さの約 1/25000 が伸び、磁力を失うと、突然 元の長さに戻る。この変化に伴って音がする。この音は、1837 年にマサチューセッツ州セーラムの CG Page 教授によって初めて発見された。このような回路を 1 秒間に 15 回または 16 回以上遮断する何らかの方法が考案されれば、1 秒間のクリック数に応じたピッチの連続音が得られるだろう。このような装置は、同じ人物によって最初に発明され、電磁石のアーマチュアを回路内にあるバネに固定することで実現された。バネは金属製のノブに押し付けられ、その時に電流が電磁石のコイルに回路を形成する。磁石がアーマチュアをボタンから引き離すと回路が切断され、当然のことながら磁石の磁力も破壊され、バネがボタンに押し戻されて回路が完成し、同じ変化が繰り返されます。このように電流を遮断する速度は、バネと電流の強さによってのみ制限されます。[101] 与えられた電流によるバネの張力が大きいほど、振動の回数は多くなります。
図11. 図11.
軟鉄棒を囲むコイルに、このような断続的な電流が毎秒256回流れると仮定すると、棒は明らかに毎秒256回のクリック音を発し、その音程はCとなる。手に持った棒でクリック音が発生すると、その音はほとんど聞こえず、まるで音叉を握った時の音のようだ。この音を増幅させるには、共鳴面に設置する必要がある。通常は、共鳴面を固定する。[102] 上面に一つか二つの穴が開いた長方形の箱の上に載せる。このような形状は他のどの形状よりも大きな音を出すことが分かっており、エオリエ・ハープによく見られる形状である。添付の図は、電池B、ブレーカー、そして箱に取り付けられた棒の組み合わせを示している。ワイヤーWは明らかに任意の長さでよく、磁化された棒と箱は、回路の長さに関わらず、バネSの振動数に反応する。
ヘルムホルツの電気遮断器。
ヘルムホルツの実験のいくつかでは、音叉の振動をかなり長時間維持することが不可欠でした。彼は、音叉の両爪の間に短い電磁石を置き、一方の爪の先端に白金の針を取り付けました。この針が振動して下がると、白金の針は小さな水銀カップに浸かり、回路が完成します。もちろん、針が後退すると水銀カップから引き抜かれ、電流は遮断されます。音叉は1000回以上振動することは不可能であるため、[103] 1周期あたり、このような配置では、明らかにフォークの振動回数と同じ回数、1秒間に電流を流したり遮断したりする。したがって、このような遮断器を、クリックロッドを共振箱に取り付けた状態で回路に挿入すると、共振箱はフォークが発するのと全く同じ音を発するはずである。このような装置を用いれば、電信回線内のほぼあらゆる距離において、所定の音程の音を再現することができる。したがって、これは真の電話と言える。
リースの電話。
膜を音響体の周期に対応する振動に容易に制御できることは、すでに80ページで触れたとおりである。そして、膜を電話に利用しようとする試みは、異なる時期に幾度となく行われてきた。最初の試みは、1861年にドイツのフリードリヒスドルフ出身のフィリップ・ライスによって行われた。
彼の装置は、2 つの開口部がある中空の箱で構成されていました。1 つは前面にあり、そこに音を出すための短い管が挿入されていました (図12の切り口の矢印で示されています)。[104] もう一つは上側で、これは膜mで覆われていた。膜mは、その上に袋状のもの（膀胱）をしっかりと張ったものだった。膜の中央には薄い白金片が接着されていた。この白金片はワイヤーでネジ山に接続され、そこから別のワイヤーが電池につながっていた。
図12. 図12.
プラチナの指Sはプラチナの帯の上に載っていたが、その一端は電池からのもう一方の電線に接続されたネジカップに固定されていた。箱の中で音が鳴ると、膜が強く振動する。これにより、プラチナの帯はプラチナの指に同じ回数だけ当たるようになり、同じ回数だけ跳ね返る。[105] そこから離れて、電流は毎秒同じ回数だけ流れ、そして遮断されます。したがって、人がこの箱に向かって歌を歌うと、前述のクリックロッドと箱が回路に接続されている間、後者のピッチは明らかに声によって変化するのと同じ頻度で変化します。この装置は、遠く離れた場所からメロディーを明瞭に再生できる電話のようなものです。しかし、音は大きくなく、ブリキのトランペットのような音質です。このようなメカニズムの可能性、そして前ページで説明した声や楽器のような特定の音質の音を生成するために必要な条件について考えれば、この装置はピッチのみを再生できることが理解できるでしょう。ここで、前述のブリキのトランペットのような音がする場合、単一のピッチ以上の何かが伝達されていると推測できます。しかし、その理由は、互いにわずかにしか動かない2つの表面の間を電流が流れる場合、伝導には常に不規則性が生じ、一種の引っ掻くような音が発生するためです。そして、これが他の真のピッチと組み合わさって、この楽器の音に特徴を与えるのです。[106]
ライト博士は、小さな誘導コイルの一次側に遮断電流を流し、二次側に銀紙を2枚背中合わせに重ねた導体を配置することで、かなり強力な音が得られることを発見しました。銀紙は急速に充放電を繰り返し、送信機と同じ音程を持つ、大ホールに響き渡る音を生み出します。
グレイの電話。
1873年、シカゴのエリシャ・グレイ氏は、自動遮断器からの電流で誘導コイルを作動させ、二次回路の導線の1本を手に持ち、同じ手の乾いた指で共鳴金属板をこすり、もう1本の導線を板に接続しておくと、音楽的な音が出ることを発見しました。アウトバイプレートの音は、指とプレートの接触点から発生するように見える。そこで彼は、リードを2オクターブの音域で鳴らす楽器を考案した。[107] 電磁石によって振動する楽器で、対応するキーを押すと電流がいずれかのキーに流れ込みます。この回路は誘導コイルの一次線を通して送られ、二次コイルの一方の端子は、直径約8インチの浅い木製ドラムのヘッド部分を構成する薄い金属板に接続されています。ドラムは滑車のように回転するように固定されています。もう一方の端子は手に持ち、同じ手の一方の指を金属面に置きます。もう一方の手でドラムを回すと、かなりの力強い音が鳴ります。ドラムを速く回すほど、音程は同じですが、音量は大きくなります。
この場合、105ページで述べた場合と同様に、互いに動いている 2 つの表面の間を電流が流れます。接触が均一ではないため、電流は断続的かつ変化します。
グレイ氏はまた、複数の音楽音を同時に送信・再生できる音楽電話を発明しました。実際に使用されている機構は非常に複雑で、[108] これを理解するには電気科学に関する相当の知識が必要ですが、これまでの説明を理解した人にとっては、そこに含まれる基本原理は難しくありません。
4枚の鋼製リードが一列に並んでいると仮定します。それぞれのリードの一端は短い電磁石の一方の極に固定され、もう一方の端は磁石のもう一方の極に接触することなく振動するように自由に配置されています。それぞれのリードは、音階の1、3、5、8といった異なる音程に調律されます。これらの電磁石とそれに付属する振動子は、それぞれ共鳴箱（93ページ参照）に取り付けられ、共鳴箱は1秒あたりの特定の振動数に反応します。これが受信装置です。送信装置は、同じ音程に調律された同様のリードのセットで構成されており、キーを押すことで自由に振動させることができます。キーを押すと電磁石に電流が流れ、電流の供給と遮断が行われます。これらのキーの1つが押されて回路が完成すると想像してください。すると、送信装置は、音階の1のリードが、[109] 振動します。断続的な電流がライン全体を流れ、4つの受信機器すべてを通ります。さて、発音体の動作の研究から、4つの受信機のうち1つだけがこの音に共鳴して振動することができ、この受信機が反応することが分かっています。つまり、振動は真に共鳴振動です。送信機器で音階の1を作る代わりに3を作っていたとしたら、電流は以前と同じようにすべての受信機器を通過しますが、そのうち1つだけがその振動運動をとらえることができます。3つは静止したままで、3つは大きな音で反応します。同様に、送信機器の任意の数の振動リードは、受信機器の対応する数のリードを振動させることができます。ただし、後者が前者と正確に同調している必要があります。各送信機はバッテリーの一部に接続されているため、複数の音を同時に送信できます。演奏者が楽曲を様々なパートで演奏すると、それぞれのパートが再現されます。つまり、複合電話、あるいは多重電話です。この楽器は[110] 昨年の冬、演奏者が遠方にいるときに都市でコンサートを行うために使用されました。
また、多重電信としても使用されており、8 人ものオペレータが同時に同じ回線でメッセージを送信できます (各方向に 4 つずつ)。この場合でも、わずかな干渉は発生しません。
ベルの電話。
ボストンのA・グラハム・ベル教授も、同じ電線で複数の効果を生み出す同様の手段を独自に発見しましたが、グレイ氏ほど完璧には解明できなかったようです。グレイ氏が主に電信システムとしての方式の完成に尽力していた一方で、ベル教授は音声伝送というより困難な課題に取り組んでいました。そして、昨年私たちが何度も思い出させられたように、彼は実際にこれを成し遂げました。
ヘルムホルツの音響研究に精通し、人間の声によって生成される空気の振動の複雑な形態を念頭に置いて、彼は電気遮断器に類似した方法でこれらの振動が電流内に対応する脈動を生成するように試みました。[111]
膜は適切に張られるとどんな音にも振動できることに気づき、彼はそれをこの目的に利用しようと試みました。リースも同様に試みました。しかしリースは振動する膜を回路に挿入し、そのような方法では反応しないことは明白でした。つまり、電流を遮断してはならないということです。しかし、接続を切断せずに電流を遮断することは可能でしょうか？
エルステッドによって最初に発見され、ファラデーによって完全に解明された、電流に対する磁石のよく知られた反応が、解決策の手がかりを与えました。鉄片を音波振動によって振動させ、電磁石に影響を与えて対応する電気脈動を誘導します。
最初の会話形式 – 電話。
金箔の膜を伝声管または漏斗の端にしっかりと張り、その中央に鉄片NS（図13）を接着した。この鉄片の前に電磁石Mを置き、その極を鉄片と反対の方向に向けるが、完全には接触させない。電磁石の端子線の一つは[112] 一方の電線は電池Bへ、もう一方の電線は受信装置Rへ送られる。受信装置は管状の電磁石で構成され、コイルは軟鉄の短い管に収められている。そこから電線は地中に埋設されたプレートE’へと送られる。Rの上部、Pの位置に、やや緩い薄い鉄の円盤があり、これはその下の電磁石のアーマチュアとして働く。
図13. 図13.
すべての部品がこのように正しく接続されていると仮定すると、電池からの電流はMとRの両方を磁性化し、電磁石は[113] M は誘導によって鉄片 NS を磁石にします。その極は誘導電磁石の極とは異なり、両者は互いに引き合います。この鉄片 NS を M の方向に動かすと、コイルに電流が誘導され、回路全体を流れます。この誘導電気は単一の波またはパルスで構成され、その力は NS が M に近づく速度に依存します。NS が M から離れる方向に動かされると、同様の電流パルスがコイルに誘導されますが、この電流は回路を反対方向に流れるため、脈動が M から R へ向かうのか、それとも R から M へ向かうのかは、NS の運動方向のみに依存します。
このような振動運動によって電線に発生する電気は、電機子の動きに比例して強度が変化する。したがって、2点間の電線は、構造上、航空機の脈動と全く同じ電気脈動で満たされる。図10（p.98 ）は、電流が流れる電線の状態を示すのに使用できる。暗い部分は波の最も強い部分を表し、明るい部分は波の最も弱い部分を表す。[114] 波の弱い部分を示します。主な違いは、電気は非常に速く伝わるため、ここでは空気中の2フィートの長さの波として表されているものが、電波では50マイル以上の長さになるということです。
これらの誘導電流は非常に一時的なものであり（31ページを参照）、受信機 R への影響は、電流の方向に応じて磁石の力が増加または減少し、その結果、鉄板アーマチュアに及ぼされる吸引力が変化します。
管の中で、1秒間に256回の振動からなる単純な音を鳴らしてみましょう。鉄を担う膜は、その回数だけ振動し、定電流には誘導電流のパルスが印加されます。これらのパルスはそれぞれ受信機に作用し、受信機のアーマチュアをその回数だけ振動させます。Pに耳を当てると、送信機と同じピッチの音が聞こえます。2つ以上の音波が同時に膜に作用する場合、膜の運動はそれらの複合運動に対応している必要があります。つまり、膜の運動は[115] 全ての音波の合波であり、対応する電流の脈動はRで同じ効果を再現するはずです。さて、管の中で人が話すと、膜は先ほど述べたものよりも構造的に複雑な振動に巻き込まれますが、その違いは数と強度だけです。磁石はごくわずかな動きにも反応するため、Rの耳は管で話されている内容を聞くことができます。これはフィラデルフィアで開催された100周年記念博覧会に展示された装置で、ウィリアム・トンプソン卿はイギリス帰国後、「これは電信のあらゆる驚異の中でも群を抜いて最大のものだ」と述べました。
電話に関して、一般的には音が何らかの方法で電線を通して伝えられているという印象を受けてきました。しかし、これを読む人なら誰でも、それが全くの誤りであることは明らかでしょう。実際、これは力の変換可能性を示す素晴らしい例です。まず空気の振動という機械的な動きが起こり、それが鉄を載せた膜に伝わります。この動きは、[116] 電磁石を囲む電線のコイルは、受信端でまず磁気として作用し、それが再び鉄の電機子の振動運動に変換され、その運動が空気に伝えられ、空気中では元の音波と同じように再び音波になります。
これは筆者の知る限り、史上初の通話電話機であったが、実用には至らなかった。多くの音は全く再生されず、フィラデルフィア万国博覧会の審査員の報告によると、声を届けるためには嗄れるほど大声で叫ばなければならなかったという。
著者の電話番号。
過去数年間、私は定期的に担当する職務で、この本で扱われているさまざまな主題を担当してきました。それぞれの主題は実験的に詳細に説明され、それらの現象を示すためのかなりの数の新しい装置と新しい実験が私によって考案されました。
その中で、私が言及したいのは次の点です。[117]—
1.磁化された棒の伸びの測定。
- 磁電式電信機。
- 地球の自転を実証するための電磁気計測器。
- 磁気ファントムの永久磁気。
- 音を電気に変換する能力。
- 振動する磁石が電気回路に誘導する現象。
- 共鳴磁石によって回路内に電波が発生する。
- オルガンパイプの音の中での空気の作用の発見。
- 膜の振動を研究するための 2 つまたは 3 つの方法。
- 音の振動を拡大して投影するリサージュフォーク。
したがって、私が電話技術に注目してすぐに、いくつかの予備実験で、電気回路で音声を伝送するための適切な条件を決定することができました。そして、ベル教授が使用したメカニズムについて少しも知らなかったにもかかわらず、通話電話のための次の構成を考案しました。
図14.—私の最初の通話可能な電話。 図14.—私の最初の通話可能な電話。
図14.—端面図。 図14.—端面図。
私の最初の通話電話（図14）は、半インチの丸鋼をU字型に曲げた磁石で構成されており、磁極間の間隔は約5cmでした。この磁石の上に、古い電信記録装置から取り出した2つのボビンがかぶせられていました。[118] すでに半インチのコアが取り付けられていた。長さ2インチ半のこれらのボビンには、綿で覆われた銅線23号が巻かれており、各ボビンには約150フィートの長さがあった。この磁石は、ボビンを極に差し込み、高さ2～3インチの柱に固定された。鋼鉄は可能な限り強力な磁力で作られており、自身の磁力の3～4倍の磁力に耐えられる。[119] 磁石の磁極の前には、厚さ1/50インチの薄い鋼板が、直径3.5インチの穴が開けられた垂直の板に固定されていました（図14、端面図）。板は穴を塞ぐようにこの板にしっかりとねじ止めされ、穴の中央は磁石の2つの極と同じ高さになっていました。2つのボビンからの電線は、まるで電磁石を作るかのように接続され、2つの自由端はライン電線に接続されることになっていました。もちろん、これらの楽器は2つあり、どちらも同じもので、話し声と歌声がこれらによって再現されました。
磁石のサイズと強度、ボビンのサイズ、線材の長さと細さ、振動を吸収するプレートの最適な厚さなど、各主要部品の最適な条件を決定するために、非常に多くの実験が行われました。そして、非常に広い範囲での差がいかに小さいかは実に驚くべきことです。以下の手順に従えば、誰でも良好な結果が得られる通話電話を作ることができます。仕様は1つの機器のみを対象としています。[120] もちろん、会話やその他の信号を送るためには、同じように作られた 2 つの楽器が必要になります。
図15. 図15.
図16. 図16.
長さ約15cm、すべて同じ大きさの、一般的な馬蹄形の磁石を3つ用意します。これらは市場で1個約1ドルで販売されています。磁石はそれぞれ、自重の数倍の重さに耐えられる強度が必要です。次に、カエデやツゲなどの良質な堅木から、長さ1.5cm以下、幅2.5cm以下の糸巻きを2つ作ります。側面を切り落とします。[121]ボビンは、図15 の S に示すように、内側と外側の両方が正方形である必要があります。直径 1/3 インチの穴をスプールに開けます。この穴に、長さ約 1 インチの短い軟鉄棒 I を取り付けます。この棒の外側の端は少し丸くする必要があります。ボビンには、入るだけの絶縁銅線を巻くことができます。銅線の直径は、入手しやすい 1/40 インチから 1/50 インチまでとすることができますが、後者のサイズが望ましいです。このようなボビンの抵抗は、おそらく各 2 オームから 3 オームになります。軟鉄コア I は、2 つの外側の磁石 1 と 3 の間に挟まれるように十分後方に突き出ている必要があり、その間、内側の磁石 2 は引き込まれます。ボビンが所定の位置にあり、上部の磁石と下部の磁石の間に挟まれると、上から見た図16に示すようになります。磁石は、それらが載るブロックにボタンで固定されています（図17参照）。同時に、このブロックはボビンを載せた軟鉄棒を保持しています。これらのコイルの電線は、電流が流れる場合、外側の端が反対の極になるように、同じ方法で接続する必要があります。[122] コイルに電流が流される。6～7インチ四方の直立板B（図17）の中央に直径4インチの丸い穴を開け、ベースボードの端近くに固定する。この穴の上に薄い鉄板か鋼板をしっかりとねじ止めする。厚さは1/20インチから1/50インチ程度でよい。この板の厚さはそれほど問題にならないようだ。私は通常1/50インチの厚さの板で最良の結果を得ている。この板を支える直立板は非常に頑丈でなければならない。そうでなければ、板は[123] 常に磁石にしっかりと固定します。そして、うまく機能するための条件の 1 つは、このプレートが磁石の端にできるだけ近く、かつ接触しないようにすることです。したがって、ボードをしっかりと固定し、透視図でボードの上部に示されているボタンを使用して磁石を調整します。
図17. 図17.
伝達する音は、それがどのようなものであれ、図16のP側で発せられる。同様に、この楽器を受話器として使う場合も、耳は同じ場所に当てる。直径約5cmの管を、板の前面に一列に取り付けることもできる。[124] プレートの中央に当てると、多少は聞き取りやすくなります。2、3人で歌う場合は、それぞれに歌うための管を用意し、管の一方の端をプレートの前面に近づけるのが最適です。フルートやコルネットなどの楽器の音は、楽器の先端をプレートのすぐ前の板の穴の縁に当てると、はるかに大きく聞こえます。
低い声で話すと、一生懸命に話した時よりもはっきりと聞こえることは注目に値します。しかし、はっきりと聞こえるとはいえ、どの時点でも強いわけではなく、他の音が聴力を著しく妨げます。今後、音量を上げることで本発明の有用性を高める何らかの方法が考案される可能性があります。音量が弱いため、部屋にいる人の注意を引くために呼び声をかける必要があります。これは、1～2個の電池で動く小型の電気ベルを設置することで実現できます。私が同様に効果的だとわかった別の方法は、約30センチの鉄または鋼の棒を用意することです。[125] 長さ1.5cm、直径1.5cmのU字型に曲げられた受話器です。この曲げた部分を持ち、床や棒で叩くと、力強く振動します。そして、図16のP板に片方の突起を当てると、大きな部屋全体に響き渡るほど大きな音が再生されます。私は、誰かが同じ部屋に電話機を持っている時は、必ずこの受話器で電話をかけます。
他の電線が張られている電柱に電話回線を敷設した場合、他の電線に流れる電流の誘導作用が電話機の動作に重大な支障をきたすことが判明しており、電話機は他のすべてのメッセージを再生してしまう。通常の方法で音読する技術を持つ者であれば、電話機を通して隣接する電線を流れるメッセージを読み取ることができる。このようにして、電話回線から10フィート（約3メートル）離れた電線上のメッセージも読み取ることができる。したがって、各電話回線を他の回線から分離することが不可欠であるように思われる。そうでなければ、メッセージの機密性は確保できない。
ある夜、非常に興味深い効果が観察されました[126] 明るいオーロラが出現した時、電線には連続的な電流が流れ、明るいオーロラが通過するにつれて音が強くなっていきました。これはおそらく科学において重要な成果につながるでしょう。
おそらく電話は、1840年の通常の電信と同じくらい、まだ揺籃期にあると言えるでしょう。それ以来、電気と磁気の科学は最も大きな発展を遂げ、電信は知識の進歩に歩調を合わせ、商業的に他のどの手段にも劣らないほどの重要性を帯びるようになりました。今日の電信において非常に貴重な多くの重要な原理は、1840年には全く知られていませんでした。しかし、ここで注目すべきは、現在の電話においては、1840年に十分に知られていなかった原理は一つもないということです。これは、送信側から受信側までの現象を追ってみれば明らかです。まず、空気中の音が固体である鉄にそれに応じた運動を引き起こします。この鉄は磁石に誘導作用を及ぼし、その周りの螺旋状の電線に磁気電流を発生させます。そして、この電流は別の場所へと伝わります。[127] らせん状の磁石に作用して電磁気的効果をもたらし、磁石の強さを増減させます。この可変磁気がその磁石の前面にある鉄板に作用して、対応する振動を引き起こし、こうしてある場所の空気から吸収された振動を別の場所の空気に戻すのです。電話のように、物理科学に関心のある人なら誰でも知っている原理しか関係しない単純なものが、発明されるまでに40年近くも待たされたのは奇妙に思える人もいるかもしれません。その理由はおそらく次のとおりです。科学者は一般に、自分が発見する原理を適用する必要性を感じません。彼らは発見することに満足し、発明することには満足しないのです。さて、国の学校は若者に物理科学の一般原理を十分に理解させ、発明家（そのような人はたくさんいます）がそれを賢く適用できるようにすべきです。私たちと航空航行の間にあるのはメカニズムだけであり、人間の話し言葉を筆記で再現するために必要なのはメカニズムだけです。そして預言を完全に実現するために必要なことはすべて[128] 世界中のあらゆる都市の聴衆に同時に演説する演説家の「グラフィック」の絵。
転写者のメモ:
明らかな句読点の誤りを修正しました。
残りの修正箇所は、修正箇所の下に点線で表示されます。マウスを単語の上に移動すると、元のテキストが表示されます。現れる。
*** プロジェクト・グーテンベルク電子書籍「電話」の終了 ***
《完》