Los inicios de las comunicaciones eléctricas

Introducción

En el presente trabajo voy a relatar brevemente la historia de los inicios de las comunicaciones eléctricas. A pesar de que la telegrafía supuso un gran  avance en la comunicación a distancia, los primeros sistemas telegráficos solo permitían enviar mensajes letra a letra. Por esta  razón se  seguía buscando algún medio de comunicación eléctrica de voz. Los primeros aparatos, que aparecieron entre 1850 y  1860, podían transmitir vibraciones sonoras, aunque no la  voz humana. La primera persona que patento un teléfono eléctrico, en el sentido moderno de la palabra, fue el inventor de origen ingles Alexander Graham Bell, en 1876. En aquellos años, Edison investigaba la forma de poder registrar y reproducir ondas sonoras, abriendo así el camino a la aparición del gramófono.

Facsímil

La dificultad de transmitir un texto en chino o japonés puede evitarse transmitiendo un facsímil en blanco y negro de  algo impreso o manuscrito. La transmisión de facsímiles a través del sistema telefónico, se  inicio en Japón de allí se extendió a todo el mundo. Este tipo de transmisión de textos es idéntica a la transmisión de imágenes fotográficas.

Los textos enviados por telefax  se lean con la vista, cometeríamos un grave error si consideramos que la transmisión del texto se realiza mediante la codificación de las letra y símbolos, como ocurre en la transmisión de datos, correo electrónico, etc., o como en una comunicación visual u óptica (semáforos). En este tipo de representación de un texto, una a es una ay & es &, cualquiera sea su aspecto. La escritura, manuscrita o impresa, así como los diferentes tipos y tamaños de las letras, se ven diferentes, peros nosotros las leemos e interpretamos de su aspecto. En la transmisión alfabeticé de textos, nos conformamos con transmitir un código que identifique la letra y que provoque la creación de un grafismo que sea leíble.

Formas, logotipos y firmas presentan una problemática de transmisión que no podemos resolver mediante la codificación de caracteres. El hecho que sea legible no es suficiente. Por ejemplo, en transacciones reales, las ofertas deben estar bien presentadas y deben ir firmadas. El telefax lo hace posible al enviar documentos, o una imagen de ellos, de manera más rápida y eficaz que por correo.

El hecho de enviar una fotografía implica la transmisión de una gran cantidad de información, mucha más que el envió de códigos que representan un carácter alfanumérico. La necesidad inevitable de enviar toda esa información suplementaria puso en desventaja a la transmisión facsímiles. La red telefónica ha demostrado su capacidad para manejar dicha información a un bajo costo. Los terminales del telefax dan hoy en día una respuesta fiable, aunque, son más complicados y costosos que un aparato de teléfono. Las ventajas del telefax son tan evidentes que su uso sea extendido más allá de las oficinas y han empezado a aparecer en los hogares.

La rápida implantación y crecimiento del uso del telefax recuerda algo a los primeros años de competición entre en teléfono y el telégrafo. Los equipos telefónicos realizaron una función más compleja, aun que más cómoda para el usuario, que los instrumentos telegráficos. En consecuencia fueron usados y mejorados por que la telefonía era “mejor”, más adaptables  y con más posibilidades de uso que la telegrafía.

Electricidad

Bell fue un docente que se convirtió en un electricista para conseguir la meta que se propuso. El concepto de carga eléctrica es fundamental. En este concepto apareció pronto en la investigación de la electricidad, cuando se descubrió que una barrida de ámbar o de cristal frotada contra un trozo de piel o un tejido de seda atraía objetos ligeros. Esta atracción es una manifestación de la carga eléctrica. Ahora sabemos que los objetos son susceptibles de cargas positivas o negativamente, y que las cargas del mismo signo se repelen y las del signo contrario se atraen.

Los átomos de todos elementos consisten en un núcleo central con cargas positivas, rodeado de electrones (cargas negativas) que orbitan alrededor de dicho núcleo. Existen distintas formas de añadir algunos electrones a un objeto material  o de sustraerlos de él, en consecuencia, darle una carga positiva o negativa. La unidad usada para medir la cantidad de carga es Coulomb. La carga eléctrica medida en coulomb se designa con la letra Q.

En comunicaciones no estamos tan interesados en las cargas eléctricas, sino en los flujos de estas a través de cables de metal y otros conductores de electricidad. La cantidad de carga que fluye por un conductor en una unidad de tiempo es la corriente (o intensidad) eléctrica, que se representa con la letra Iy se mide en Ampere. Cuando por un conductor circula una corriente de un Ampere, la carga fluye a razón de un Coulomb por segundo. La corriente eléctrica puede medirse con un instrumento llamado amperímetro, la misma fluye de un circuito a otro a través de sus terminales, un circuito eléctrico puede ser par de cables con algún dispositivo eléctrico, por ejemplo, un aparato de teléfono conectado a los extremos mas alejados. Si conectamos los terminales de una batería de tensión va los terminales de un circuito, se origina una corriente de i ampere que fluirá a través  del mismo.

El Sistema Telefónico

Hace 100 años no hubiéramos encontrado el número telefónico. Tampoco hubiéramos encontrado el número de telefax (fax). El servicio de Telex ira desapareciendo por obsoleto, y lo mismo ocurrirá con la dirección cablegráfica. Si, como parece, el correo electrónico sobrevive, este sistema tendrá que normalizarse y utilizar una señal con un formato más sencillo. La dirección postal se mantendrá a pesar de que el teléfono y el telefax vayan sustituyendo el uso del correo, aunque relegándolo prácticamente a usos publicitarios.

Ondas Sonoras

La señal telefónica es una representación eléctrica de la forma de onda sonora de la voz. Consiste en una tensión (o en una corriente) que varia en el tiempo de la misma forma en que varía la presión de la onda sonora a medida que se propaga a través del aire. La transmisión de dicha señal eléctrica, análoga a la señal sonora, se denomina transmisión analógica.

La transmisión de mensajes telefónicos se inicia con la onda sonora producida cuando una persona que habla ante el transmisor (micrófono). Un transductor acústico-eléctrico convierte las fluctuaciones de presión de las ondas sonora en una señal eléctrica cuya tensión se corresponde con la presión que la ha originado. Un transductor eléctrico - acústico en el receptor telefónico (altavoz) reconvierte la señal eléctrica en señal sonora.

Defectos de la transmisión Telefónica

Los primeros transmisores de Bell destacaban ciertas frecuencias y atenuaban otras. Resultaba muy difícil comprender la voz reproducida, no solo porque era débil, sino también porque se perdían frecuencias importantes.

Otro factor que afecta a la calidad  de la transmisión telefónica es el ruido. En llamadas de larga distancia a veces se oye un zumbido de fondo, incluso cuando no se dice nada. Este  sonido lo producen las perturbaciones eléctricas que de forma inevitable y aleatoria se suman a las señales eléctricas útiles cuando estas se envían por circuitos eléctricos. El ruido esta siempre presente, tanto si resulta audible como si no.

En las transmisiones de larga distancia de hoy en día, el  uso de señales digitales y de soportes de transmisión como las fibras ópticas  permite evitar que el ruido se acumule de forma aditiva con la distancia. La relación señal a ruido es “un parámetro de diseño”, por decirlo de alguna manera, y la determina el numero de dígitos binarios en que se codifiquen las muestras.

Transmisores y receptores

En telefonía, el transductor que se encuentra en el terminal transmisor debe generar una corriente ondulatoria que varia rápidamente (no la simple presencia o ausencia de corriente) y el transductor del terminal receptor debe responder dichas variaciones de corriente y producir una onda de presión sonora de variación suave. En sus primeros teléfonos, Bell uso el mismo dispositivo para recibir que para transmitir. Dicho dispositivo consistía en un imán permanente, un núcleo y un diagrama de hierro.

El receptor y el transmisor telefónico de Bell fue un dispositivo de este tipo. Su funcionamiento se basaba en dos de los principios de la electricidad y del magnetismo. El dispositivo de Bell se ha seguido utilizando como receptor, aunque con los años se le han introducido algunos cambios. La disposición de los elementos del receptor telefónico actual con respecto al de Bell ha variado, pero los principios físicos en los que se basan son los mismos. Su receptor, usado como transmisor, o micrófono, es el precursor  de diversas formas de micrófonos dinámicos o magnéticos, que han sido ampliamente usados en sistemas de sonido, incluidos los de alta fidelidad.

El transductor de carbón si que represento un importante adelanto. Actualmente la potencia de la señal eléctrica puede ser mayor que la potencia acústica de la voz que la origina.

Avances en la calidad del sonido

En los primeros tiempos de la telefonía, el principal problema residía  el la obtención  de señales potentes con el objetivo de alcanzar  cada vez mayores distancias de transmisión. La primea solución consistió en diseñar transmisores  capaces de producir potentes señales eléctricas y receptores susceptibles de producir fuertes sonidos a partir de las señales eléctricas.

  v         ¿Cómo se puede disponer de una señal casi perfecta?

Wente en el año 1917, había construido un micrófono de alta fidelidad denominada micrófono capacitivo, el cual respondía de forma igual para toda una banda de 20  a 800 Hz. El micrófono capacitivo hace uso de una importante propiedad de la electricidad el campo eléctrico con la carga eléctrica. En él se encuentra una fina hoja metálica donde se sitúa en frente otra placa metálica, estos dos elementos enfrentados forman un  condensador. Un condensador puede almacenar carga eléctrica, carga positiva en una placa y en la misma cantidad en la otra.

El segundo requerimiento para obtener una señal casi perfecta era disponer de un buen receptor. Tal vez el mejor ejemplo sea, el receptor de bobina móvil presentado por Wente  y  A.L. Thuras en 1930.Tenia una respuesta en frecuencia plana desde 10 a 8000 Hz, lo cual quiere decir que respondía por igual dentro de una amplia gama de frecuencia. El receptor de bobina móvil dispone de una respuesta acústica de gran potencia y convierte fielmente la señal eléctrica.se basa en el principio de que la corriente que fluye por un conductor situado en un campo magnético produce una fuerza sobre el conductor, siendo este una pequeña bobina solidaria con un diagrama.

Influencias más allá de la telefonía

v  En 1925, investigadores de los laboratorios Bell diseñaron el fonógrafo ortofonico. Fue el primer fonógrafo mecánico capaz de proporcionar una reproducción fiel de los sonidos de alta y baja frecuencia simultáneamente.

v  En los primeros años de la década de 1920, los aparatos de radio y los sistemas de  amplificación de sonido proporcionaban una calidad de sonido comparable a los actuales receptores de radio de bolsillo.

v  En 1922, los técnicos de la compañía Bell experimentaron la sincronización de una película muda con un disco fonográfico. Bell Laboratories, mantuvieron en todo momento su interés en la captación y reproducción de sonido y voz de alta calidad.

La telefonía tuvo la capacidad de convertirse en un servicio universal  disponible para todo el mundo, porque, a diferencia de la telegrafía o incluso de  teleimpresion (teletipos), cualquiera puede servirse de ella sin necesidad de un entrenamiento especifico. La telefonía  tuvo éxito porque desde el primer  momento los transmisores y receptores fueron sencillos y baratos.