Enkele aspecten van de morse-telegrafie

Akoestische en optische communicatie bestaan al sinds mensenheugenis. Pas in de 19de eeuw werd het mogelijk om ook elektrische signalen via de draad over te brengen. In 1820 ontdekte Oersted elektromagnetisme en in 1836 kwam het Daniell-element – kort daarna verbeterd door Bunsen – dat stroom gedurende langere tijd kon leveren zonder noemenswaardige spanningsdaling.

Naalden- en wijzertelegrafen

Wheatstone construeerde de 5-naaldentelegraaf in 1838. Voor de verbinding waren zes draden nodig. Kort daarna maakte hij samen met Cooke een 2-naaldentelegraaf die maar drie verbindingsdraden nodig had. Dit systeem heeft onder meer nog dienst gedaan bij de eerste spoorlijn tussen Haarlem en Amsterdam in 1839. Steinheil construeerde een telegraaf met twee magneetnaalden in een enkele spoel. Beide naalden hadden elk een schrijfstift. Afhankelijk van de stroomrichting door de spoel draaide of de ene of de andere naald omhoog en drukte dan een punt af op de voorbijlopende papierstrook.

In 1837 ontdekte hij dat de aarde als retourpad gebruikt kon worden zodat zijn telegraaf maar één enkele draadverbinding nodig had. In Frankrijk maakte Breguet een systeem met twee wijzers die door middel van een stapmechanisme onder de invloed van stroomimpulsen steeds 1/8 slag konden draaien. Dit leverde 8 × 8 = 64 codecombinaties op. Al die systemen hadden het bezwaar dat door de trage magneetnaalden de seinsnelheid niet meer dan een paar woorden per minuut (wpm) bedroeg. Op het systeem van Steinheil na, moest ook een waarnemer de ontvangen codes opschrijven en vertalen.

Met punten en strepen

Toen kwam Samuel Morse uit de Verenigde Staten in beeld. Die bouwde in 1837 een schildersezel om in een apparaat dat onder invloed van stroompulsen uit een seinsleutel een zigzaglijntje op een strook papier schreef. Na veel moeite wist hij in 1843 een subsidie van 30.000 dollar van de overheid los te krijgen. Hij verbeterde de constructie van zijn telegraaf aanzienlijk en zette een proefverbinding op tussen Washington DC en Baltimore, een afstand van 110 kilometer. Dit bleek een groot succes en de lijn werd twee jaar later uitgebreid tot Philadelphia en New York met een gezamenlijke afstand van 650 kilometer. In 1850 was er al een telegraafnetwerk van meer dan 10.000 kilometer in de Verenigde Staten.

In 1865 kwam de eerste transatlantische telegraafkabel tot stand. Samuel Morse overleed in 1872 op 81-jarige leeftijd zodat hij een van de weinigen is die het wereldwijde succes van zijn uitvinding heeft mogen meemaken. Het grote voordeel van het systeem van Morse ten opzichte van de in Europa gebruikte systemen zoals eerder genoemd, was de veel grotere snelheid (tot minstens 25 wpm) en de registratie op papier. De morsetelegraaf werd dan ook na 1845 in Europa geïntroduceerd.

Foto 1 toont een morseschrijver. De code die Morse gebruikte, namelijk punten en strepen met allerlei verschillende intervallen, werd op voorstel van Gerke in Hamburg in 1847 gewijzigd. Ingevoerd werden een streeplengte van drie punten, een element-interval van een punt, een letterspatie van drie punten en een woordspatie van vijf punten. Morsecode is hierdoor ook uitstekend op het gehoor op te nemen. De letters bestonden uit maximaal vier elementen; de cijfers, lees- en diensttekens uit vijf en zes elementen. In 1865 werd deze aangepaste code internationaal toegepast.

Het wereldrecord opnemen van morsecode (75,2 wpm) staat sinds 1939 op naam van Ted McElroy, behaald tijdens een wedstrijd in Asheville in de Verenigde Staten. Dit is tot nu toe nog niet verbeterd. U kunt het nazien in het Guinness Book of Records.

Structuur, timing en bitsnelheid

De structuur van de lettercode is te zien in de CW-boom in figuur 1. Er zijn 2 + 4 + 8 + 16 = 30 mogelijkheden. Hiervan worden er 26 benut voor de letters en de overige vier voor speciale letters in de Duitse taal, namelijk de drie umlautletters en de ‘CH’. De code is pas in 1939 opnieuw aangepast waarbij de aparte ‘CH’ en de umlautletters zijn vervallen en de code van enkele leestekens is gewijzigd. Ook werd de woordspatie vergroot tot zeven puntlengten, zie figuur 2.

Enkele jaren later werd een (gemiddeld) vijfletterig standaardwoord overeengekomen, namelijk ‘PARIS’. Inclusief de woordspatie is de lengte hiervan 50 punten (bits) waardoor de relatie tussen woord- en bitsnelheid is vastgelegd. Immers: aantal wpm = 1,2 × aantal bits per seconde.

Efficiënt

Ten slotte is het wel aardig om na te gaan of de morsecode efficiënt is. In de tabel zijn de 26 letters in opklimmende volgorde van bitlengte gegroepeerd. Voor de vier talen heb ik lopende teksten gemaakt van meer dan 2000 letters. Het percentage waarin de letters voorkomen in deze teksten zijn in de tabel vermeld. Inderdaad wordt in alle vier de talen de code voor letters die meer dan gemiddeld (3,85 procent) voorkomen niet langer dan 7 bits.

De gegevens over Samuel Morse heb ik gevonden in een artikel in CQ-NVIR van mei 1941 ter gelegenheid van de 150ste geboortedag van Morse. De tekening van Wheatstone met zijn naaldentelegraaf komt uit het boek ‘Telecommunicatie’ van Leonard de Vries (Elsevier, 1958).

Harry Grimbergen, PA0LQ, Oegstgeest