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爱迪生在研究电话的过程中，曾经历了曲折的过程。他曾想到过几年以前的无线电传话器中曾经应用过的容电器。他又设计了一种短路电话机。在一块炭化的线条的一端，附装了一根金属杠杆。这线条是作为感应线圈的初级电路的一部分。在振动时，金属杆切着电路中的一部分的线条，电流也就在这时流过金属杆。
爱迪生又用水银来做试验。在一个盛满导电溶液的u 形管中，滴一小粒水银。当电流流过管中时，水银滴便被拉长了，接着激动那管中的液体。在收话器的膜板下本装有一个浮体，这时也就跟着振动了。
后来他又在膜板和一条铝片间装置一块软木。铝片背面有一块铜板，直接接在电池的极上。说话声的大小可控制其中电流的大小。
他又采用室中四周的煤气管做试验。这些煤气管管端的圆锥体接连在火炉架上，以代替灯头。他在圆锥体的粗大的一端装一片圆的薄膜。当声音发出时，膜片便跟着管中的气体同时振动起来。
他觉得那种圆形的说话器在电话中并不是必需的。他为了要说明这一点，用了一条薄的铁片把四周的边缘反卷起来，也能振动。在另一个试验中他不把那传话器直接的放在声室的上面，而把它放在声室一边，结果也能发声。他又试验使全部机件都因声音而起振动，而那膜片却仍固定不动。
有一次他把传话器放在一碗水的上面，从碗中引出一条湿纸来代替传话器的膜板，他又在膜板后面加上4小粒木炭屑，每粒炭屑下面又各自有一个弹簧，可以自由弹动。这传话器便是以后发明微音器的先声。
他同时又试验一种动力传话器，发话、收话都很成功。当声音送入这传话器时，里面的一个线圈就因振动而感应出电流来。这电流流入一个细线绕成的线圈中，便可以放大至任何强度。
传话器中用黑铅或石墨时音质很清晰，但是音量方面还不能满意。于是他用一块填满黑铅粉的圆布作试验。他又把黑铅细粉浮在水银上，在这表面和一块从膜板中心垂下的金属块间加压力。他又用黑铅和木片作盖头，试验不用膜板是否也能够工作。
这是他1877年上半年中的艰苦工作的大概情形。他试验了载电电话机，静电电话机，电力电话机。在电力电话机中，线圈和弹簧都像向日葵一样地排列着，中间有一根圆柱。这种电话机勉强能传送“粗糙难听的声音”。他又试验了所谓水力电话机，这是一根u 形电线，两端各自浸在玻璃瓶中。
爱迪生为了找到一种能够发出比贝尔电话声音更大的材料，他试验了50种左右的不同的传话器和许多不同的电话机。每一部电话送出的声音比以前发明的电话的声音大而清晰，但没有一部电话机能使爱迪生感到满意。
一天晚上，当他在实验室做试验时，油灯不亮了。他发现一种被称为碳黑的黑材料把灯的玻璃罩子熏黑了。爱迪生把这碳黑涂在一个金属的轮状物上。用这种物质制成的小盘装在电话里，产生了极佳的效果，它发音清晰，音量比使用电磁原理制造的电话大数倍。
爱迪生的电话终于完成了。1877年4月，爱迪生申报了这种碳阻电话送话器的基础专利，因当时专利纠纷甚多，爱迪生的这项专利直到1892年5月才得以批准。
他的“碳素送话机”和现在世界各地所使用的一样，这种送话机比贝尔的更为优越。在贝尔电话系统中，产生必要电流的因素是人的声音，而这种电流是微弱的；在爱迪生的电话系统中，人的声音只是用来开闭控制任意强度电流的阀。从应用的角度讲，爱迪生的授话器还具有另一突出的特征。在贝尔系统中，通过导线，连接电话机的是原有的弱电流。但是，在爱迪生的装置里，电流通过初级线圈，线圈就能产生与之相应的然而却要强得多的电流，这种电流通过导线传向接收机，通话的距离就从几英里一下提高到了数百英里。
因此，有人评价说：“事实上爱迪生在现代电话的设计上，他所做的贡献甚至超过了贝尔”。也有人说：“虽然电话的发明无疑应归功于贝尔，但是没有爱迪生革命性的基础改良，它在世界范围内的应用就要缓慢得多”。
电话的发明人，到底是爱迪生还是贝尔？这个问题反复提出讨论，双方在法院争论了11年之久，最后法庭决定贝尔是发明人，而使它实用的则是爱迪生。
尽管法律对爱迪生的碳阻话筒技术迟迟不予承认，但“西方联合公司”还是想要爱迪生发明的送话器，希望能出让给他们。爱迪生自己认为这项技术可值2。5万美元。他先请奥顿出价。奥顿的回答是10万美元。爱迪生在同意这个数目时附加了一个条件，即公司不要一次付清10万美元，而是依专利期限分16年付完。
爱迪生说：“你想买下改良电话的专利，可以，但是10万美元必须分成一年6000元来付清，一直到17年后，专利无效时为止”。
这样大的一个数目，多数人都会急于拿到全部现款，而爱迪生则要求对方分期付款，这是什么原因呢？爱迪生后来对此有一个解释：“我的野心比我的工作能力大4倍。如果一次得到这笔钱，我会一下花光，因此我要让自己无法做到这一点，这样，我就解决了16年的贫困之忧。”由于爱迪生不善于理财，这个条件使他丧失了10万美元的利息。
奥顿得到爱迪生的碳阻送话器后，便开始向贝尔发起进攻。不久，他在西方联合公司的支持下，用30万美元开办了美国电话公司。碳阻送话器一经采用，贝尔电话的租户也立刻要求获得与此性能相同的设备。
赫伯特卡松在他撰写的电话史中写道：“贝尔系统新的总经理刚一上任，立刻面临着如何与西方联合公司竞争的难题。西方公司具有性能更佳的送话器，有大批的经销商，有电话网以及4000万美元的雄厚资本，因而所有报纸、旅馆、铁路和交通枢纽等阵地，均被它占领。这样，贝尔系统每迈出一步便要付出极大的代价。不久贝尔的几名‘大将’都相继背叛，迫使他不得不亲自掌管他们遗弃的岗位。每当拆开信件，不是给他带来丧气的新闻，就是给他吹来失败的冷风。”
这样，爱迪生与贝尔发生了非常激烈的争执。1878年秋，碳阻送话器被送到英国并进行试验。试验结果很成功。试验以后，又在英国皇家学院作了表演。试验时，在线路的一端用了爱迪生的送话器，而另一端的收话器却是贝尔的电磁系统。因此，贝尔在伦敦的代表雷诺兹上校马上提出警告：除非爱迪生今后停止使用贝尔装置，否则将指控他侵犯专利。爱迪生在伦敦的代表古劳德上校立刻将这一消息电告爱迪生。爱迪生听后，表示要设计出一种绕过贝尔专利的电话接收机。于是，他立即停止对白炽灯的研制，与全体研究人员一起全力以赴地投入了电话技术的攻关。爱迪生用了不到三个月的时间，绕过贝尔专利，拿出了新型的、声响更大的收话器。
1879年3月，爱迪生的侄子查尔斯带着这架接收机到英国。4月，这台机器和碳阻送话器一起拿到皇家学会表演。送话器装在皇家学会在阿尔比马勒街的试验室，接收机安在皇家学会的伯林顿馆，收听效果很好。为了让贝尔的阵营相信，爱迪生一方对待此事并无认真之意，爱迪生一方宣布，这架接收机是为了实验、在5天之内赶制出来的。
不过，爱迪生的接收装置确实存在缺点，其中之一就是要不断地转动白垩滚筒。尽管如此，爱迪生的这种“电化学电话”还是比它的前身前进了一大步，将它拿到美国科学促进会表演之后，爱迪生本人赢得了巨大的声誉。爱迪生与贝尔之间的争斗到1879年8月30日发展到了白热化程度。
这天，爱迪生和贝尔都来到了萨拉托加溪市的市政厅，现场表演各自的电话设备。这时，爱迪生的新型电话筒已经回避了贝尔系统所采用的设计方法，代之以马达驱动式的“马达驱动接收机”。对于这次比赛，《纽约论坛报》评论说：“爱迪生的电话声压倒了一切，听众们可以清晰地听到‘曾经有位小姑娘’等优美清新的歌曲。”
特别地，当爱迪生登上讲台时：
“他的姿势真说不上漂亮，但他的眼睛却异常有神，他坦率而真诚，唯一的不足是他讲话有点不连贯，不过倒常常说到了点子上……”。
在表演之前，在英国的古劳德上校成立了爱迪生电话公司伦敦分公司。爱德华特约翰逊被派到那里，建起一座电话交换台，旨在与贝尔电话唱对台戏。当时，英国人认为电话既有利也有弊，《泰晤士报》甚至发表一些有趣的看法：“人们普遍抱怨，由于电报的发明，现代生活，特别是商业生活的情况几乎变得令人难以忍受；电话的来到，则势必会造成更大的混乱”。由于人们的某些偏见，古劳德上校在推销电话时产生了困难。但是，古劳德上校和他的部下都是坚持不懈的宣传家。他们在《泰晤士报》上发表文章，介绍电话装置，以说明电话给人们带来的方便。爱迪生的这位经理写道：“某先生在离开家到外面狩猎时，电话还没有安装，虽然电线已经拉了过去。在他外出不久，电话便装设完毕。等他一到家，我们就通过交换台，让人把重要信件读给他听，并请他在电话中回答问题。由于他需要与自己的律师谈话，我们交换台的接线生就依照报上刊载过的那种电话技术把他与律师之间的线路接通。尔后，纽约来了一份重要电报，他又通过电话在3小时之内给了美国回答。本来这些工作要让他在城里跑上大半天，可现在仅用少量的时间，在书房里就完成了。”
至此时，爱迪生和贝尔两家敌对的公司在伦敦展开了激烈的竞争。当时任英国邮电部总工程师的传记作家威廉普利斯说：“他们双方的工人把电线拉满了屋顶，并相互制造故障。当两方遭遇时，就会在屋顶上发生小小的混战。”这两家公司谁也没有绝对的技术优势。贝尔公司的听筒性能优良，授话器却不行；爱迪生的授话器虽然领先，但他的听筒有时却发生毛病。因此，当时双方主要是在较量谁的维修工作更佳。爱迪生对派往英国的技术人员实行严格的考核。他安装了一座交换台，配备了10台新电话机，在考核之前，他亲自出马，不是截断某一电话的线路，就是把它的部件搞乱，再不就使电极变污。他说：“如果谁能连续解决10个问题，每个问题平均不超过5分钟，我就派谁去伦敦。”
爱迪生和贝尔两家公司在宣传方面也展开了争斗。爱迪生公司宣称，贝尔系统的电话构造“只不过是一块磁铁和一只线圈，声音通过它们送进线路以后，音量在中途便消失了大半。而在爱迪生先生的电话设备中……人们听到的声音，其清晰程度与当面讲话毫无区别”。贝尔公司则说，以上所谈纯属撒谎。他们指出：“爱迪生的电化学电话很难说是一种实用的设备。在美国和欧洲大陆，许多地方已废止了这种设备，而且有个国家的权威人士还发现它的工作效果难以令人满意。”一位电话史专家指出，这一说法也“不完全符合事实”。
1879年秋，贝尔公司抢先一步，获得了一项改良后的碳阻授话