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Electrical telegraph - Wikipedia
電信とは電気信号を使用する遠隔通信装置で、 通常は専用の遠隔通信用の電線、もしくは無線を使用する。 電信 (電磁気遠隔通信装置) は符号化通信の人間対人間の伝送装置である。
電気遠隔通信装置あるいはもっと一般的に電信は、手旗信号 (光学的手旗遠隔通信システム) に取って代わり、 手旗信号には仏軍用にデザインされたクロード・シャップ (Claude Chappe, 人名) の塔や、 プロイセン軍用のフリードリッヒ・クレメンス・ゲールケ (Friedrich Clemens Gerke, 人名) のものがあった。 これにより、電信は電気的な遠隔通信装置の最初のものとなった。 電信が創設されてから数十年の間に電信網により、人々や商業がほとんど瞬時に 大陸や大洋を越えてメッセージを発信することが可能となり、 広範囲な社会的、経済的な影響があった。
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電気の初期の研究から、 電気的現象が非常に速く伝達されることがわかり、 遠隔地との通信をするために多くの実験が電気の応用として実施された。
電気に関して知られているすべての効果 -- 例えばスパーク、静電気引力、化学変化、電気ショック、そして後には電磁気 -- が色々な距離の電気の制御伝達を検知するための問題に適用された。
1753 年にスコッツ・マガジン (Scots Magazine, スコットランドの雑誌) で、 匿名の著者が、静電気通信を提案した。 アルファベットの各文字ごとに一本の電線を使用して、 電線の端を静電気機械に接続して、ずっと向こうのピス・ボール (pith ball, 静電気実験用のボール) の変位を観測すればメッセージを送ることができる。 静電気引力を使用した遠隔通信はヨーロッパにおける電気遠隔通信の初期の基礎であったが、 非実用的であるとして見捨てられ、決して有効な通信システムに発展しなかった。
1800 年 に、 アレッサンドロ・ボルタ (Alessandro Volta) は ボルタ電池 (voltaic pile) を発明し、 実験のための連続的な電流が可能となった。 これは低圧電流の源泉になり、もっとはっきりした効果を生成できることになり、 静電気機械の瞬間的な放電よりもずっと可能性があった。 更に、静電気機械としては ライデン瓶のみがそれ以前に知られていた人工的な電気の源泉であった。
別の電気遠隔通信の非常に初期の実験には 「電気化学遠隔通信装置」 があり、 これはドイツの医者で、解剖学者で、発明家のサミュエル・トーマス・フォン・ゼンメリング (Samuel Thomas von Sömmering) により、 1809 年に作られたものであり、これはそれ以前のそれほど強固でないデザイン -- カタロニアの博物学者で、科学者のフランシスコ・サルバ・カンピージョ (Francisco Salva Campillo) が実施したもの -- に基づいていた。 2 人のデザインは (35 本までの) 複数の電線を使用して、 ほとんどすべてのラテン文字を表示した。これによりメッセージは (フォン・ゼンメリングのデザインの場合には) 数キロまで電気的に送信され、 遠隔通信装置の受信機の電線は別々のガラス管の酸に浸されていた。 送信側でメッセージの文字を表す色々な電線に順次に電流が流され、 受信側で電流が順次に管の酸を電気分解し、文字や数値に対応する箇所に水素のあぶくを生成する。 遠隔通信装置の操作員はあぶくを見つめ、発信されたメッセージを記録する。 これは一本の電線しか使用しない後の電信 (リターン・ワイヤとしてアース (接地) を使用するもの) と対照的である。
ハンス・クリスティアン・エルステッド (Hans Christian Ørsted) は電流が磁場を生成し、コンパスの針を変位させることを 1820 年に発見した。 同じ年にヨハン・シュヴァイガー (Johann Schweigger) は検流計 (galvanometer) を発明した。 これはコンパスの周りに電線のコイルがあるもので電流の敏感な指示器として使用できた。 1821 年に アンドレ=マリ・アンペール (André-Marie Ampère) は遠隔通信が検流計のシステムで実現できることを提案し、 一本の電線には検流計が付属して各文字を表示するもので、 彼はこのようなシステムの実験で成功した。1824 年にピーター・バーロー (Peter Barlow) はこのようなシステムは 200 フィートまでの距離でしか動作しないと言い、従って非現実的となった。
1825 年に ウィリアム・スタージャン (William Sturgeon) は電磁気を発明し、 絶縁されていない電線がニスを塗った鉄棒を一周していた。 ジョセフ・ヘンリー (Joseph Henry) は 1828 年絶縁した電線を鉄棒のまわりを数回巻いて改良し、 もっと強力な電磁気を生成し、これにより長距離の電線による耐性が高くなり、 遠隔通信を操業することができるようになった。 1826 年から 1832 年にかけてのオールバニー・アカデミー (Albany Academy) における在職期間中に、 ヘンリーは長さ 1 マイルの電線を通して部屋に吊り下げられたベルを鳴らすことで磁気的遠隔通信装置の理論を実証した。
1835 年に ジョセフ・ヘンリーとエドワード・デイビーは決定的な電気リレーを発明した。 デイビーのリレーは磁化された針が水銀に浸され、電流がこれを取り囲むコイルに流れた。 これにより弱い電流が強い電流となり、 強力な局所的な電磁石を使用して、非常に長距離にわたり利用できるようになった。
最初の実用的な電信は 1816 年にイングランドの発明家であるフランシス・ロナルズ (Francis Ronalds) により建設され、静電気を使用した。 彼はハンマースミス・モールの自宅に、長さが 175 ヤードの完全地下のシステムを設置し、更に長さが 8 マイルの頭上の電信も設置した。 電線は両端で時計に接続され、時計にはアルファベットの文字が記され、 電気インパルスが電線に送られ、メッセージを送信するのに使用された。 1816 年に彼は海軍本部に彼の発明を申し入れたが、「全く必要ない」 として拒否された。 著書 「電気的遠隔通信装置と幾つかのそれ以外の電気的装置の記述」 は計画の説明と急速な大域通信の可能性に触れ、 電信について書かれた最初の出版物で、電磁誘導による信号妨害 (signal retardation) の可能性さえ述べている。 ロナルズの構成部分は 20 年後に起きる電信の商用化で使用された。
1832 年の Canstatt のシリング男爵の電信は送受信装置に 16 個からなる 黒-白 の キーボードが付いていた。これらは電流のスイッチの役目をしていた。 受信装置は 6 個の検流計と磁針から構成され、 6 本の絹糸で吊り下げられていた。 シリングの電信の送受信装置は 8 本の電線で接続され、6 本は検流計に接続され、 1 本はリターン・ワイヤーで、1 本は信号ベルのためにあった。 送信装置で操作員がキーを押すと、受信側で対応するポインターが変位した。 異なる円板上の 黒-白 のフラッグの位置が組み合わせを与え、これが文字や数に対応していた。 パベル・シリング (Pavel Schilling) はまもなく装置を改良した。彼は接続する電線の数を 8 本から 2 本に減らした。
1832 年 10 月 21 日にシリングは彼のアパートの別の部屋にある 2 台の電信の間で短距離の信号の送信を何とか実施した。 1836 年に英国政府はデザインを買収しようとしたが、シリングはその代わりにロシアの ニコライ 1 世の申し入れを受理した。 シリングの電信は長さ 5 km (3.1 マイル) の実験用の地下及び水面下の電線で試験をした。 この電線はサンクトペテルブルクの海軍本部のメインビルディングの周りに設置されていたが、 ペテルゴフ (Peterhof) の宮廷とクロンシュタット (Kronstadt) の海軍基地の間の電信が認められた。 しかしながら計画は 1837 年のシリングの死により中止された。 シリングは信号伝達の 2 進法システムの考えを最初に実践に移した人の 1 人でもある。
1833 年に カール・フリードリッヒ・ガウス (Carl Friedrich Gauss) はゲッチンゲンの物理学の教授である ヴィルヘルム・ヴェーバー (Wilhelm Weber) と共に 1200 メートルの長さの電線を町の屋根の上に設置した。 ガウスはポゲンドルフ-シュバイガー (Poggendorff-Schweigger) の検流計を自分の磁力計と組み合わせて、もっと鋭敏な検流計を製造した。 電流の向きを変えるために彼は自分で整流子を作った。 その結果、彼は遠方にある針を、電線のもう一方の端にある整流子で設定する方向に動かすことができた。
最初は、彼らは時刻合わせをするために電信を使用したが、 まもなく他の信号も開発し、終には自分たちのアルファベットも開発した。 アルファベットは 2 進符号で符号化され、これは正負の電圧のパルスで送信された。 パルスの送信は永久磁石の上で誘導コイルを上下し、 コイルと送信電線を、整流子を経由して接続することにより生成された。 ガウスの符号と送信された最初のメッセージが書かれたガウスの実験ノート及び 1850 年代にヴェーバーの指示の下で作られた電信のレプリカがゲッチンゲン大学物理学部に保存されている。
ガウスは通信が彼の王国の町々の助けになると確信した。 同じ年のその後に、ボルタ電池の代わりにガウスは誘導パルスを使用して 1 分間に 2 文字の代わりに 8 文字を転送できるようになった。 発明家も大学もあまりに貧乏であったため自分達で電信を開発できなかったが、 アレクサンダー・フォン・フンボルト (Alexander von Humboldt) から資金を受領した。 ミュンヘンの カール・アウグスト・シュタインハイル (Carl August Steinheil) は 1835 年 - 1836 年にこの市に電信網を建設することができた。 彼は 1835 年にドイツで最初の鉄道沿いに電信を設置した。
大西洋の反対側で 1836 年に米国の科学者であるデイビッド・オールター (David Alter) 博士はペンシルバニア州エルダートン (Elderton) で、知られている限りでは最初の米国の電信を作った。 これはモールスの電信よりも 1 年前であった。 彼は目撃者に実演したが、決して実用的なシステムに発展させなかった。 彼は後に (ペンシルバニア州の) 「インディアナ郡とアームストロング郡の伝記と歴史の百科全書」 でインタビューされ、次のように述べている： 「モールスの電信と他の電信そして私の電信には関係がないと言ってよい.... モールス教授は私のことも私のエルダートンの電信のことも恐らく聞いたことがないであろう。」
最初の商用の電信はクック・ウィートストーンで、ウィリアム・フォザギル・クックとチャールズ・ウィートストーンにより共同開発された。 1837 年の 5 月に彼らは電信の特許を取り、これは盤面の針を使用し、 針はアルファベットの文字の方向に動かすことができた。 特許は 5 本針のシステムを推奨しているが、何本の針を使用することもでき、これは必要な文字の数に依存した。 4 本針のシステムはユーストン駅とカムデン・タウンの間に設置され、 ロバート・スチーブンソンがロンドンとバーミンガムの間に建設中の鉄道の一部分であった。 電信は 1837 年の 7 月 25 日に成功裏に実演された。 ユーストンではカムデン・タウンのエンジン棟に車両牽引を合図するシステムが必要で、これにより車両がインクライン (坂道) を引き上げられた。
クックとウィートストーンはグレート・ウェスタン鉄道で設置した電信により、 始めて商的に成功した。 この鉄道では 1838 年にパディントン駅からウェスト・ドレートン (West Drayton) の 13 マイル (21 km) に設置した。 これは世界で最初の商用電信であった。 5 本の針と 6 本の電線のシステムであった。 電線は元々鋼製の導管に入れて地下に埋設された。 しかしながら、電線の絶縁の劣化から役に立たなくなり、 電柱に設置した絶縁をしていない電線で置き換えた。 当面の方法として 2 本の針のシステムが地下に残る 3 本の電線と共に使用された。 これは 2 本の針しか使用しなかったが、より多くの符号が使用できた。 しかしながら電信がスラウ (Slough) まで 1843 年に延長された時、 1 本の針と 2 本の電線のシステムが設置された。
この時点から電信の使用が、 ロンドンから建設される新しい鉄道で増え始めた。 ブラックウォール・トンネル鉄道 (ロープ牽引の別の応用) が 1840 年に開通した時にクック・ウィートストーン電信を設置し、多くの他の鉄道がこれにならった。 1 本針の電信は英国の鉄道で非常に成功することとなり、19 世紀の終わりには、まだ 15,000 台のセットが使用されていた。 何台かは 1930 年代にも使用されていた。 1845 年 9 月には資本家のジョン・ルイス・リカルド (John Lewis Ricardo) とクックは 「電気電信会社」 -- 世界で最初の公共の電信会社 -- を設立した。 この会社がクック・ウィートストンの特許を買収し、電信事業をしっかりと設立した。 これで大量の個人通信の時代が始まった。
電信は米国で独立に開発され、1837 年に サミュエル・モールス (Samuel Morse) により特許が取られた。 彼の助手のアルフレッド・ヴェイル (Alfred Vail) はアルファベットの信号のモールス符号をモールスと共に開発した。 米国での最初の電信文は 1838 年 1 月 11 日にモールスにより発信され、 ニュージャージー州モリスタウン (Morristown) の近くのスピードウェル製鉄所で 2 マイル (3 km) の電線で送信された。 もっとも、ワシントンの首都からボルチモアのマウント・クレア駅に "WHAT HATH GOD WROUGHT" (神のなせる業) をモールスが 送信したのはもっと後の 1844 年のことであった。 モールス/ヴェイルの電信は、それに続く 20 年間に急速に設置され、 陸上の電信は 1861 年 10 月 24 日に大陸の西海岸を東海岸に接続し、ポニー急行 【訳注：馬による郵便】 を終焉させた。
エドワード・デイビーは 1837 年にリージェント公園で電信システムを実演し、1838 年 7 月 4 日に特許を取った。 彼も電気リレーを開発した。
電信の継続する目的は手作業を減らす、あるいは送信率を上げて、 1 つのメッセージあたりのコストを下げることである。 ポインターを動かしたり、色々な電気的符号化で多くの実験があった。 しかしながら、大半のシステムは複雑すぎて、信頼できなかった。 送信率を増やす成功裏の得策は電文体の開発であった。
熟練した技術者が操作することが必要でない最初のシステムは チャールズ・ウィートストーンの 1840 年の ABC システムであった。 これではアルファベットの文字は時計の盤面に配置され、 信号により針が文字を指した。 この初期のシステムでは受信者がメッセージを記録するために、 その場にいることが必要であった。 これは 1 分間に 15 単語までの速度に達した。
1846 年に、アレクサンダー・ベーン (Alexander Bain) はエジンバラで化学電信の特許を取った。 信号電流は動く紙テープの上で鉄筆を動かし、この紙テープは硝酸アンモニウムとフェロシアン化カリウムの 混合液に浸され、化学物質が分解されてモールス符号の可読な青い印を生成した。 印刷速度は一分間に 1000 単語であったが、1851 年に米国で終焉した。 この時、モールスのグループが地方裁判所でベーンの特許を覆したからであった。
短期間、1848 年のニューヨーク・ボストン線で始まり、 幾つかの電信網は音響操作員を採用し始めた。 音響操作員は聴覚でモールス符号を理解した。 音響操作員の使用により、次第に自動記録器と紙テープも含め電信受信機の必要性がなくなった。 その代わりに受信装置は音響機 (sounder) に発展した。 音響機は電磁石で電流により励磁して、小さな鉄のレバーを引き寄せた。 音響キーが開閉すると、音響機のレバーはアンビル (鉄床、かなとこ) を打った。 モールス操作員はドットとダッシュを 2 つのクリック音の間隔の長短で区別した。 メッセージは次に手書きで記述された。
ロイヤル・アール・ハウス (Royal Earl House) は 1846 年に文字印刷電信システムの特許を取った。 これは送信にアルファベット式キーボードを使用し、受信側で文字を紙に自動的に印刷した。 更に 1852 年に蒸気動力のバージョンが続いた。印刷電信の唱道者は、これがモールス操作員のエラーを除去すると言った。 ハウスの機械は 1852 年までに 4 つの米国の主要な電信会社で使用された。 ハウスの機械の速度は 1 時間に 2600 単語 (word) であると発表された。
デイビッド・エドワード・ヒューズ (David Edward Hughes) は 1855 年に印刷電信を発表した。 これはアルファベット 26 文字のキーボードと回転 (スピン) 形式のホイールを使用し、 直前に送信した文字の経過時間によって送信文字を決定した。 このシステムは受信側で自動記録ができた。このシステムはとても安定し、正確で、 世界中で認められた。
次の改良は 1847 年のボード (Baudot) 符号であった。フランスの技術者のエミール・ボード (Émile Baudot) は印刷電信の特許を取り、この印刷電信では信号は印刷文字に自動的に翻訳された。 各文字には一意的な符号が割り当てられ、この符号は 5 個の接点の列 【訳注：5 ビットのこと】 に基づくものであった。操作員は安定したリズムを維持する必要があり、 通常の操作速度では 1 分間に 30 単語であった。
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| ボードのキーボード、1884 年頃 |
フェルプス電気モーター印刷電信,1880 年頃
ジョージ・メイ・フェルプスがデザインした 最後の最も進展した電信機械 |
この時までに、受信は自動化されていたが、送信速度と精度はいまだに人間の操作員の技量に依存していた。 最初の現実的な自動システムはチャールズ・ウィートストーン -- 電信の元々の発明者 -- により特許が取られた。 (モールス符号の) メッセージは 「スティック・パンチ」 (Stick Punch) と呼ばれるキーボードのような装置で穿孔テープにタイプ打ちされた。 送信装置は自動的にテープを走らせ、次に当時としては例外的に速い 1 分間で 70 単語の速度でメッセージを発信した。
初期に成功したテレプリンター (遠隔印字機、teleprinter) はフレデリック G. クリード (Frederick G. Creed) により発明された。 グラスゴーで彼は彼の最初のキーボード穿孔機を創り上げ、この機械は圧縮空気を使用して穿孔した。 彼は受信穿孔機と印刷機も創り上げた。受信穿孔機は送信されてくるモールス信号を紙テープに穿孔し、 印刷機はこのテープを解読して、英数字に変換して普通紙に印刷した。 これが 「クリード高速自動印刷システム」 の原点であり、 これは前例を見ない 1 分間に 200 単語で走ることができた。 彼のシステムは新聞記事を日々送信するために デイリー・メール で採用された。
1930 年代に至るまでテレプリンターは米国のテレタイプ (Teletype)、 英国のクリード (Creed)、ドイツのシーメンス (Siemens) で製造された。
テレタイプライターの発明と共に電信符号は完全に自動化された。 初期のテレタイプライターは ITA-1 ボード符号 (Baudot code) -- 5 ビット符号 -- を使用した。 これは 32 個の符号しか生成しなかった。 そのため 2 つのシフト -- 文字シフトと数値シフト -- が定義された。 明白な他に使用されないシフト符号が文字列あるいは数値列の先頭で使用された。
1935 年までにメッセージ・ルーティング (rooting = 経路制御) は完全オートメーションの最後の重大な障壁であった。 大きな電信会社は電話機のような回転ダイヤルを使用して、テレタイプライターと接続するシステムを開発し始めた。 このような機械は 「テレックス」 (Telex, TELegraph EXchange) と呼ばれた。 テレックス機械は最初に 回路交換をするために回転式の電話機型式のパルスによるダイヤルを実行し、 次にデータを ITA2 で送信した。 この 「タイプ A」 のテレックス・ルーティングの機能はメッセージ・ルーティングの機能を自動化した。
最初の広範囲なテレックス網は 1930 年代にドイツで実装され、政府内の連絡に使用された。
45.5 (±0.5%) のボー・レート -- 当時は速いと思われた -- では音声周波多重電信 (voice frequency telegraphy multiplexing) により長距離電話 1 回線をテレックスの 25 回線で共有できた。 これによりテレックスは信頼できる長距離通信の最も廉価な方法になった。
テレプリンター自動接続サービスが 「CPR 電信」と「CN 電信」 【訳注：ともに企業名】 により、 1957 年 7 月にカナダで導入された。 1958 年にはウェスターン・ユニオンが米国でテレックス網を建設し始めた。
最初の成功裏な電信システムが操業できるようになるとすぐに、 海底ケーブルにより海を越えてメッセージを送信する可能性が始めて議論にのった。 主な技術的挑戦の 1 つは海底ケーブルを十分に絶縁して、 電流が水に漏れることを防止することであった。 1824 年にスコットランドの外科医のウィリアム・モンゴメリー (William Montgomerie) はパーラキアム・グタ (Palaquium gutta) の粘着性の汁であるグタ・パーチャ (gutta-percha) をヨーロッパに導入した。 マイケル・ファラディーとウィートストーンはすぐに絶縁材としてのグタ・パーチャの利点に気が付き、 1854 年にウィートストーンはドーバーからカレーに至るまで敷設される電線を被覆するのにグタ・パーチャを使用することを提案した。 これはドイツ (Deutz) とケルンの間のライン川でテストされた。 1849 年にサウス・イースタン鉄道の電気係である C.V. ウォーカー (C.V. Walker) はグタ・パーチャで被覆した 2 マイルの電線をフォークストーン (Falkestone) の海岸から水に沈めた。 これは成功であった。
ブリストルの技術者であるジョン・ワトキンズ・ブレット (John Watkins \brett) はフランスとイングランドの間の電信接続をするための許可を ルイ・フィリップに求め、 これを 1847 年に手に入れた。 最初の海底ケーブルは 1850 年に敷設されて 2 つの国を結び、 アイルランドと低地帯 (ベルギー、オランダ、ルクセンブルクが占める地域) が続いた。
大西洋電信会社が 1856 年にロンドンで作られ、 大西洋を横断する商用の電信ケーブルの建設を請け負った。 これはサー・ジェームス・アンダーソンが船長を務める SS グレート・イースタンにより、 1866 年 7 月 18 日に成功裏に完成したが、その途上で多くの災難があった。 より以前の大西洋横断の海底ケーブル敷設の試みは 1857 年、1858 年、そして 1865 年にあった。 1857 年のケーブルは断続的に数日間あるいは数週間操業して、役に立たなくなった。 海底電信ケーブルの研究は非常に長い送信線の (数学の) 解析学における興味を加速した。 英国からインドへの電信線は 1870 年に接続した (幾つかの会社が合併して 1872 年にイースタン・テレグラフ会社が作られた)。
オーストラリアは 1872 年にダーウィンで海底ケーブルにより初めて外の世界と接続した。 これにより外の世界の報道が持ち込まれることになった。 太平洋横断の海底ケーブルは 1902 年に完成し、終に世界を一周した。
1850 年代から、ずっと 20 世紀に至るまで、英国の海底ケーブル・システムは世界のシステムを支配してきた。 これは公式な戦略上の目的として設定され、オール・レッド・ライン (All Red Line) として知られるようになった。 1896 年には世界で 30 隻の海底ケーブル敷設船があったが、そのうち 24 隻が英国の会社に所有されていた。 1892 年に英国の会社は世界の電信ケーブルの 2/3 を所有・操業しており、1923 年には英国のシェアはまだ 42.7% を占めていた。 第一次世界大戦の最中には英国の電信通信はほとんど完全に中断されることはなかったが、 英国は直ちに世界中のドイツのケーブルを切断することができた。
米国で、ウェスターン・ユニオンが 2006 年 1 月 27 日にすべての電報と商用メッセージ・サービスを終了した。 もっとも電子的送金サービスは継続している。
インドでは国有の電信会社 BSNL が 2013 年 1 月 14 日に電信事業を終了した。 報道されていることによると、 これは世界で最後の電信システムであった。