EL TELEFONO: El teléfono es un dispositivo de telecomunicación diseñado para transmitir señales acústicas por medio de señales eléctricas a distancia. Muy parecido al teletrófono. Durante mucho tiempo Alexander Graham Bell fue considerado el inventor del teléfono, junto con Elisha Gray. Sin embargo Bell no fue el inventor de este aparato, sino solamente el primero en patentarlo. Esto ocurrió en 1876. El 11 de junio de 2002 el Congreso de Estados Unidos aprobó la resolución 269, por la que se reconocía que el inventor del teléfono había sido Antonio Meucci, que lo llamó teletrófono, y no Alexander Graham Bell. En 1871 Meucci sólo pudo, por dificultades económicas, presentar una breve descripción de su invento, pero no formalizar la patente ante la Oficina de Patentes de Estados Unidos
Autoría de su invención :Ya en el año 1854, el inventor francés Charles Bourseul planteó en una revista ilustrada de la época la posibilidad de utilizar vibraciones causadas por la voz sobre un disco flexible o diafragma, con el fin de activar y desactivar un circuito eléctrico y producir unas vibraciones similares en un diafragma situado en un lugar remoto, que reproduciría las vibraciones originales.Algunos años más tarde, el físico y profesor alemán Johan Philipp Reis inventó un instrumento que transmitía notas musicales a distancia, utilizando la electricidad, pero éste no era capaz de reproducir la voz humana. Alrededor del año 1857 Antonio Meucci construyó un teléfono para conectar su oficina con su dormitorio, ubicado en el segundo piso, debido al reumatismo de su esposa. Sin embargo carecía del dinero suficiente para patentar su invento, por lo que lo presentó a una empresa que no le prestó atención, pero que, tampoco le devolvió los materiales. Al parecer, y esto no está probado, estos materiales cayeron en manos de Alexander Graham Bell, que se sirvió de ellos para desarrollar su teléfono y lo presentó como propio. En 1876, tras haber descubierto que para transmitir voz humana sólo se podía utilizar una corriente continua, el inventor estadounidense de origen escocés Alexander Graham Bell construyó y patentó unas horas antes que su compatriota Elisha Gray el primer teléfono capaz de transmitir y recibir voz humana con toda su calidad y timbre. Tampoco se debe dejar de lado a Thomas Alva Edison, que introdujo notables mejoras en el sistema, entre las que se encuentra el micrófono de gránulos de carbón.
El 11 de junio de 2002 el Congreso de los Estados Unidos aprobó la resolución 269, por la que reconoció que el inventor del teléfono había sido Antonio Meucci y no Alexander Graham Bell. En la resolución, aprobada por unanimidad, los representantes estadounidenses estiman que "la vida y obra de Antonio Meucci debe ser reconocida legalmente, y que su trabajo en la invención del teléfono debe ser admitida". Según el texto de esta resolución, Antonio Meucci instaló un dispositivo rudimentario de telecomunicaciones entre el sótano de su casa de Staten Island (Nueva York) y la habitación de su mujer, en la primera planta.
Resumen:
1854 - Bourseul (Charles) planteó en una revista ilustrada de la época la posibilidad de utilizar vibraciones causadas por la voz sobre un disco flexible o diafragma, con el fin de activar y desactivar un circuito eléctrico y producir unas vibraciones similares en un diafragma situado en un lugar remoto, que reproduciría las vibraciones originales.
1855 - Meucci (Antonio) construyó un teléfono para conectar su oficina con su dormitorio ubicado en el segundo piso, debido al reumatismo de su esposa.
1860 - Meucci saca a la luz su invento. En una demostración pública, la voz de un cantante es reproducida a una considerable distancia.
1861 - Meucci sufre un accidente, la explosión del vapor Westfield, del que sale con severas quemaduras, obliga a su esposa a vender los trabajos de Antonio a un prestamista por 6$ (en NY). Cuando, una vez repuesto, vuelve para recuperarlos la casa de empeño dice haberlos vendido a un hombre joven al que nunca se pudo identificar.
1861 / 1870 Meucci trabaja intensamente en la reconstrucción de su mayor invento.
1869 - Gray (Elisha) se asocia a Barton (Enos) y forma una compañía que le provee a Western Union Telegraph Company (WUTC).
1871 / 1873 - Meucci incapaz de reunir los $250 que cuesta la patente definitiva, tiene que conformarse con un trámite preliminar de presentación de documentación que registra el 28 de diciembre de 1871 y que puede permitirse renovar sólo en 1872 y 1873.
1873 - Meucci ofrece una demostración del telégrafo parlante a un empresario llamado Edward B. Grant, vicepresidente de una filial de la Western Union Telegraph Company. Cada vez que Meucci trataba de avanzar, se le decía que no había hueco para su demostración.
1874 - Gray hizo la primera demostración pública de su invento, el teléfono, y funcionó perfectamente (un par de años después de que Meucci presentara su invento en WUTC, donde trabajaba su ex amigo y socio Barton).
1875 - Meucci pidió que le devolvieran su material, a lo que le contestaron que se había perdido (el mismo laboratorio de WUTC en donde Bell condujo sus experimentos).
1876 - Gray el 14 de febrero de 1876 presentó la solicitud de su invento pero sólo dos horas antes un tal Alexander Graham Bell había presentado la solicitud de patente para su invento.
La patente de Bell todavía era discutible porque habían rumores de que Bell tenía un confidente en la oficina de patentes el cual le avisó con antelación de que debido al caso particular sucedido se iban a comparar las dos patentes para desechar la peor y más costosa de las dos. Se dice que Bell tuvo acceso a comparar la patente de Gray con la suya propia y después de esto añadió una nota al margen escrita a mano en la que proponía un diseño alternativo al suyo que era idéntico al de Gray. Bell (Alexander Graham) en 1876 registró entonces una patente que realmente no describe el teléfono pero lo refiere como tal. (posteriormente afloró que existía un acuerdo por el cual Bell pagaría a la WUTC un 20% de los beneficios derivados de la comercialización de su invento durante 17 años).
Evolución del teléfono y su utilización: Desde su concepción original se han ido introduciendo mejoras sucesivas, tanto en el propio aparato telefónico como en los métodos y sistemas de explotación de la red. En lo que se refiere al propio aparato telefónico, se pueden señalar varias cosas:
• La introducción del micrófono de carbón, que aumentaba de forma considerable la potencia emitida, y por tanto el alcance máximo de la comunicación.
• El dispositivo antilocal Luink, para evitar la perturbación en la audición causada por el ruido ambiente del local donde está instalado el teléfono.
• La marcación por pulsos mediante el denominado disco de marcar.
• La marcación por tonos multifrecuencia.
• La introducción del micrófono de electret o electret, micrófono de condensador, prácticamente usado en todos los aparatos modernos, que mejora de forma considerable la calidad del sonido.
En cuanto a los métodos y sistemas de explotación de la red telefónica, se pueden señalar:
• La telefonía fija o convencional, que es aquella que hace referencia a las líneas y equipos que se encargan de la comunicación entre terminales telefónicos no portables, y generalmente enlazados entre ellos o con la central por medio de conductores metálicos.
• La central telefónica de conmutación manual para la interconexión mediante la intervención de un operador/a de distintos teléfonos, creando de esta forma un primer modelo de red.
• La introducción de las centrales telefónicas de conmutación automática, constituidas mediante dispositivos electromecánicos, de las que han existido, y en algunos casos aún existen, diversos sistemas (sistema de conmutación rotary, conmutador de barras cruzadas y otros más complejos).
• Las centrales de conmutación automática electromecánicas, pero controladas por computadora.
• Las centrales digitales de conmutación automática totalmente electrónicas y controladas por ordenador, la práctica totalidad de las actuales, que permiten multitud de servicios complementarios al propio establecimiento de la comunicación (los denominados servicios de valor añadido).
• La introducción de la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI) y las técnicas DSL o de banda ancha (ADSL, HDSL, etc,), que permiten la transmisión de datos a más alta velocidad.
• La telefonía móvil o celular, que posibilita la transmisión inalámbrica de voz y datos, pudiendo ser estos a alta velocidad en los nuevos equipos de tercera generación.
• Existen casos particulares, en telefonía fija, en los que la conexión con la central se hace por medios radioeléctricos, como es el caso de la telefonía rural mediante acceso celular, en la que se utiliza parte de la infraestructura de telefonía móvil para facilitar servicio telefónico a zonas de difícil acceso para las líneas convencionales de hilo de cobre. No obstante, estas líneas a todos los efectos se consideran como de telefonía fija.
Funcionamiento: Un teléfono está formado por dos circuitos que funcionan juntos: el circuito de conversación, que es la parte analógica, y el circuito de marcación, que se encarga de la marcación y llamada. Tanto las señales de voz como las de marcación y llamada (señalización), así como la alimentación, comparten el mismo par de hilos; a esto a veces se le llama "señalización dentro de la banda (de voz)". La impedancia característica de la línea es 600Ω. Lo más llamativo es que las señales procedentes del teléfono hacia la central y las que se dirigen a él desde ella viajan por esa misma línea de sólo 2 hilos. Para poder combinar en una misma línea dos señales (ondas electromagnéticas) que viajen en sentidos opuestos y para luego poder separarlas se utiliza un dispositivo llamado transformador híbrido o bobina híbrida, que no es más que un acoplador de potencia (duplexor).
Circuito de conversación :El circuito de conversación consiste de cuatro componentes principales: la bobina híbrida, el auricular, el micrófono de carbón y una impedancia de 600Ω para equilibrar la híbrida. Estos componentes se conectan según el circuito de la figura 1. La señal que se origina en el micrófono se reparte a partes iguales entre L1 y L2. La primera va a la línea y la segunda se pierde en la carga, pero L1 y L2 inducen corrientes iguales y de sentido contrario en L3, que se cancelan entre sí, evitando que la señal del micrófono alcance el auricular. La señal que viene por la línea recorre L1, que induce una corriente igual en L2, de modo que por el micrófono no circula señal. Sin embargo, tanto L1 como L2 inducen en L3 la corriente que se lleva al auricular. El circuito de conversación real es algo más complejo: añade un varistor a la entrada, para mantener la polarización del micrófono a un nivel constante, independientemente de lo lejos que esté la central local, y conecta el auricular a la impedancia de carga, para que el usuario tenga una pequeña realimentación y pueda oír lo que dice. Sin ella, tendería a elevar mucho la voz.
Circuito de marcación: Finalmente, el circuito de marcación mecánico, formado por el disco, que, cuando retrocede, acciona un interruptor el número de veces que corresponde al dígito. El cero tiene 10 pulsos. El timbre va conectado a la línea a través del "gancho", que es un conmutador que se acciona al descolgar. Una tensión alterna de 75 V en la línea hace sonar el timbre.
Marcación por tonos: Como la línea alimenta el micrófono a 48 V, esta tensión se puede utilizar para alimentar, también, circuitos electrónicos. Uno de ellos es el marcador por tonos. Tiene lugar mediante un teclado que contiene los dígitos y alguna tecla más (* y #), cuya pulsación produce el envío de dos tonos simultáneos para cada pulsación. Estos circuitos podían ser tanto bipolares (I²L, normalmente) como CMOS, y añadían nuevas prestaciones, como repetición del último número (redial) o memorias para marcación rápida, pulsando una sola tecla.
Timbre :El timbre electromecánico, que se basa en un electroimán que acciona un badajo que golpea la campana a la frecuencia de la corriente de llamada (20 Hz), se ha visto sustituido por generadores de llamada electrónicos, que, igual que el timbre electromecánico, funcionan con la tensión de llamada (75 V de corriente alterna). Suelen incorporar un oscilador de periodo en torno a 0,5 s, que conmuta la salida entre dos tonos producidos por otro oscilador. El circuito va conectado a un pequeño altavoz piezoeléctrico. Resulta curioso que se busquen tonos agradables para sustituir la estridencia del timbre electromecánico, cuando éste había sido elegido precisamente por ser muy molesto y obligar así al usuario a atender la llamada gracias al timbre.
martes, 20 de abril de 2010
sábado, 10 de abril de 2010
infrasonidos y ultrasonoidos
Infrasonidos
Podemos definir los infrasonidos como las vibraciones de presión cuya frecuencia es inferior a la que el oído humano puede percibir; es decir entre 0 y 20 Hz. Pero, debido a que la mayoría de los aparatos electro acústicos utilizan una frecuencia entre 20 y 30 Hz, consideraremos también como infrasonidos a toda vibración con una frecuencia por debajo de los 30 Hz.
Dentro de la teoría de los infrasonidos abarcamos las vibraciones de los líquidos y las de los gases pero no la de los sólidos. Éstas últimas, gracias a sus aplicaciones y su problemática, se han convertido en una ciencia aparte llamada vibraciones mecánicas.
Veamos algunas características de los infrasonidos:
Emisión en forma de ondas esféricas.
Son difíciles de concentrar.
Menor absorción que a altas frecuencias, aunque ésta dependerá de la temperatura del gas en el que viajan, el peso molecular del mismo y la dirección del viento.
Los emisores existentes suelen ser de mala calidad.
Debido a una menor atenuación, los infrasonidos pueden llegar más lejos que las demás ondas. Esto es utilizado para la detección de grandes objetos a grandes distancias como montañas o el fondo marino.
En todo fenómeno transitorio se producen infrasonidos; de esta forma, en una vulgar conversación los producimos (de forma menos notable en las vocales y más en las consonantes fricativas como la "f" y la "s").
Generadores de infrasonidos
Primeramente cabe señalar la dificultad de crear emisores de infrasonidos funcionando periódicamente con una potencia suficiente y que a su vez se transmitan varios kilómetros. Ejemplos de emisores de infrasonidos pueden ser altavoces, tubos de resonancia, silbatos, motores de pistón con filtros acústicos paso bajo adaptados a los infrasonidos, etc., pero ninguno de ellos llegó a generar infrasonidos puros cuya intensidad sobrepasara los 160 dB. A todo lo anterior hay que añadir la no directividad de las ondas (éstas son ondas esféricas), lo que implica una rápida dispersión de éstas.
Pasemos a explicar la dificultad de conseguir una intensidad suficiente en los infrasonidos. Debido a que las ondas son esféricas, la presión y velocidad de las partículas tienen un desfase de π/2 que desaparecerá a una distancia de aproximadamente la longitud de onda. La expresión de la intensidad de radiación viene dado por la siguiente fórmula:
Donde p es la presión, v la velocidad y α el desfase entre ambas. Como hemos dicho, al principio el desfase era de π/2 con lo que la intensidad se hace nula y comenzará a tener importancia cuando el desfase sea 0 que ocurría a una distancia de una longitud de onda, momento en el que las ondas están muy debilitadas (se hace difícil llegar a las altas amplitudes).
En conclusión, lo que se generan realmente son pseudoinfrasonidos en recintos cerrados donde se hace variar la presión y cuyos efectos son parecidos a los de los infrasonidos verdaderos. Además la concentración de estos es bastante difícil ya que se harían necesarios unos reflectores con un diámetro de algunas decenas de metros.
Ultrasonidos
Los ultrasonidos son aquellas ondas sonoras cuya frecuencia es superior al margen de audición humano, es decir, 20 KHz aproximadamente. Las frecuencias utilizadas en la práctica pueden llegar, incluso, a la giga hertzios. En cuanto a las longitudes de onda, éstas son del orden de centímetros para frecuencias bajas y del orden de micras para altas frecuencias.
Historia de los ultrasonidos
En el año 1883, Galton investigó los límites de la audición humana, fijando la frecuencia máxima a la que podía oír una persona. Llegó a la conclusión de que los sonidos con frecuencias inaudibles por el ser humano, presentaban fenómenos de propagación similares al resto de las ondas sonoras, aunque con una absorción mucho mayor por parte del aire.
A partir de entonces, se empezó a investigar en temas relacionados con la generación de ultrasonidos:
Los hermanos Curie descubrieron la piezoelectricidad en 1880. Fueron Lippmann y Voigt en la década de los 80 del siglo XIX quienes experimentaron con el llamado efecto piezoeléctrico inverso, aplicable realmente a la generación de ultrasonidos, como veremos.
Joule en 1847 y Pierce en 1928 descubrieron el efecto magnetoestrictivo, directo e inverso.
A lo largo del siglo XX, se han producido grandes avances en el estudio de los ultrasonidos, especialmente en lo relacionado con aplicaciones: acústica subacuática, medicina, industria, etc. Concretamente, Langevin lo empleó durante la primera guerra mundial para sondeos subacuáticos, realizando un sencillo procesado de las ondas y sus ecos. Richardson y Fessenden, en la década de los años 10 idearon un método para localizar icebergs, con un procedimiento similar al utilizado hoy en día (método de impulsos, lo veremos). Mulhauser y Firestone, entre 1933 y 1942 aplicaron los ultrasonidos a la industria y a la inspección de materiales.
Los ultrasonidos, son utilizados tanto en aplicaciones industriales (medición de distancias, caracterización interna de materiales, ensayos no destructivos y otros), como en medicina (ver por ejemplo ecografía, fisioterapia, ultrasonoterapia).
En el campo médico se le llama a equipos de ultrasonido a dispositivos tales como el doppler fetal, el cual utiliza ondas de ultrasonido de entre 2 a 3 MHz para detectar la frecuencia cardíaca fetal dentro del vientre materno.
También son utilizados como repelente para insectos. Hay varias aplicaciones para computadoras y celulares, las cuales reproducen una onda acústica como fue explicado anteriormente, la cual molesta a los insectos, en especial a los mosquitos.
Podemos definir los infrasonidos como las vibraciones de presión cuya frecuencia es inferior a la que el oído humano puede percibir; es decir entre 0 y 20 Hz. Pero, debido a que la mayoría de los aparatos electro acústicos utilizan una frecuencia entre 20 y 30 Hz, consideraremos también como infrasonidos a toda vibración con una frecuencia por debajo de los 30 Hz.
Dentro de la teoría de los infrasonidos abarcamos las vibraciones de los líquidos y las de los gases pero no la de los sólidos. Éstas últimas, gracias a sus aplicaciones y su problemática, se han convertido en una ciencia aparte llamada vibraciones mecánicas.
Veamos algunas características de los infrasonidos:
Emisión en forma de ondas esféricas.
Son difíciles de concentrar.
Menor absorción que a altas frecuencias, aunque ésta dependerá de la temperatura del gas en el que viajan, el peso molecular del mismo y la dirección del viento.
Los emisores existentes suelen ser de mala calidad.
Debido a una menor atenuación, los infrasonidos pueden llegar más lejos que las demás ondas. Esto es utilizado para la detección de grandes objetos a grandes distancias como montañas o el fondo marino.
En todo fenómeno transitorio se producen infrasonidos; de esta forma, en una vulgar conversación los producimos (de forma menos notable en las vocales y más en las consonantes fricativas como la "f" y la "s").
Generadores de infrasonidos
Primeramente cabe señalar la dificultad de crear emisores de infrasonidos funcionando periódicamente con una potencia suficiente y que a su vez se transmitan varios kilómetros. Ejemplos de emisores de infrasonidos pueden ser altavoces, tubos de resonancia, silbatos, motores de pistón con filtros acústicos paso bajo adaptados a los infrasonidos, etc., pero ninguno de ellos llegó a generar infrasonidos puros cuya intensidad sobrepasara los 160 dB. A todo lo anterior hay que añadir la no directividad de las ondas (éstas son ondas esféricas), lo que implica una rápida dispersión de éstas.
Pasemos a explicar la dificultad de conseguir una intensidad suficiente en los infrasonidos. Debido a que las ondas son esféricas, la presión y velocidad de las partículas tienen un desfase de π/2 que desaparecerá a una distancia de aproximadamente la longitud de onda. La expresión de la intensidad de radiación viene dado por la siguiente fórmula:
Donde p es la presión, v la velocidad y α el desfase entre ambas. Como hemos dicho, al principio el desfase era de π/2 con lo que la intensidad se hace nula y comenzará a tener importancia cuando el desfase sea 0 que ocurría a una distancia de una longitud de onda, momento en el que las ondas están muy debilitadas (se hace difícil llegar a las altas amplitudes).
En conclusión, lo que se generan realmente son pseudoinfrasonidos en recintos cerrados donde se hace variar la presión y cuyos efectos son parecidos a los de los infrasonidos verdaderos. Además la concentración de estos es bastante difícil ya que se harían necesarios unos reflectores con un diámetro de algunas decenas de metros.
Ultrasonidos
Los ultrasonidos son aquellas ondas sonoras cuya frecuencia es superior al margen de audición humano, es decir, 20 KHz aproximadamente. Las frecuencias utilizadas en la práctica pueden llegar, incluso, a la giga hertzios. En cuanto a las longitudes de onda, éstas son del orden de centímetros para frecuencias bajas y del orden de micras para altas frecuencias.
Historia de los ultrasonidos
En el año 1883, Galton investigó los límites de la audición humana, fijando la frecuencia máxima a la que podía oír una persona. Llegó a la conclusión de que los sonidos con frecuencias inaudibles por el ser humano, presentaban fenómenos de propagación similares al resto de las ondas sonoras, aunque con una absorción mucho mayor por parte del aire.
A partir de entonces, se empezó a investigar en temas relacionados con la generación de ultrasonidos:
Los hermanos Curie descubrieron la piezoelectricidad en 1880. Fueron Lippmann y Voigt en la década de los 80 del siglo XIX quienes experimentaron con el llamado efecto piezoeléctrico inverso, aplicable realmente a la generación de ultrasonidos, como veremos.
Joule en 1847 y Pierce en 1928 descubrieron el efecto magnetoestrictivo, directo e inverso.
A lo largo del siglo XX, se han producido grandes avances en el estudio de los ultrasonidos, especialmente en lo relacionado con aplicaciones: acústica subacuática, medicina, industria, etc. Concretamente, Langevin lo empleó durante la primera guerra mundial para sondeos subacuáticos, realizando un sencillo procesado de las ondas y sus ecos. Richardson y Fessenden, en la década de los años 10 idearon un método para localizar icebergs, con un procedimiento similar al utilizado hoy en día (método de impulsos, lo veremos). Mulhauser y Firestone, entre 1933 y 1942 aplicaron los ultrasonidos a la industria y a la inspección de materiales.
Los ultrasonidos, son utilizados tanto en aplicaciones industriales (medición de distancias, caracterización interna de materiales, ensayos no destructivos y otros), como en medicina (ver por ejemplo ecografía, fisioterapia, ultrasonoterapia).
En el campo médico se le llama a equipos de ultrasonido a dispositivos tales como el doppler fetal, el cual utiliza ondas de ultrasonido de entre 2 a 3 MHz para detectar la frecuencia cardíaca fetal dentro del vientre materno.
También son utilizados como repelente para insectos. Hay varias aplicaciones para computadoras y celulares, las cuales reproducen una onda acústica como fue explicado anteriormente, la cual molesta a los insectos, en especial a los mosquitos.
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