電話のしくみ

電話網は世界中に広がっているので、地球上のほぼすべての人に連絡できます。それをちょうど100年前の世界の状態と比較すると、誰かに一方通行のメッセージが届くまでに数週間かかったかもしれませんが、電話の素晴らしさを実感できます。

驚いたことに、電話はあなたがあなたの家に持っている最も単純な装置の1つです。あなたの家への電話接続は一世紀近く変わっていないので、それはとても簡単です。1920年代のアンティークの電話をお持ちの場合は、家の壁のジャックに接続すれば問題なく動作します。

この記事では、家にある電話デバイスと、電話をかけたり受けたりできるように接続する電話ネットワークについて説明します。開始するには、次のページを参照してください。

コンテンツ

1. 電話のデザイン
2. 電話：ワイヤーとケーブル
3. デジタル電話
4. 独自の電話網の作成
5. 電話：トーン
6. 電話：帯域幅

非常に単純な動作中の電話は、内部では次のようになります。

ご覧のとおり、3つの部分しか含まれておらず、すべて単純です。

それでおしまい！フックスイッチをすばやくタップすると、この単純な電話にダイヤルできます。すべての電話スイッチは、引き続き「パルスダイヤル」を認識します。電話を手に取り、スイッチフックをすばやく4回タップすると、電話会社のスイッチは、「4」をダイヤルしたことを認識します。

上記の電話の唯一の問題は、話すときにスピーカーから自分の声が聞こえることです。

ほとんどの人はそれを煩わしく感じるので、「本物の」電話には、デュプレックスコイルと呼ばれるデバイス、または自分の声の音が耳に届かないように機能的に同等のものが含まれています。最新の電話には、ベルを鳴らすことができるベルと、プッシュホン式のキーパッドと周波数発生器も含まれています。「本物の」電話は次のようになります。

それでも、それはかなり簡単です。現代の電話には、カーボングラニュールと装荷コイルを置き換えるための電子マイク、アンプ、回路があります。機械的なベルは、心地よい着信音を生成するために、スピーカーと回路に置き換えられることがよくあります。しかし、通常の6.95ドルの電話は、これまでで最も単純なデバイスの1つです。

電話網はあなたの家から始まります。銅線のペアがから実行道路でボックス（しばしば呼ばれるボックスに入学ブリッジあなたの家で）。そこから、ワイヤーのペアが家の各電話ジャックに接続されます（通常は赤と緑のワイヤーを使用します）。家に2本の電話回線がある場合は、2対の銅線が道路から家まで伸びています。2番目のペアは通常あなたの家の中で黄色と黒に着色されています。（道路のそばにある電話ボックスと配線の説明については、電話会社が近所に持っている小さなボックスは何をしているのかを参照してください。）

道路に沿って、100以上の銅のペアが詰め込まれた太いケーブルが走っています。お住まいの地域に応じて、この太いケーブルはお住まいの地域の電話会社のスイッチに直接接続されるか、デジタルコンセントレータとして機能する冷蔵庫とほぼ同じサイズのボックスに接続されます。

コンセントレータは、毎秒8,000サンプルのサンプルレートと8ビットの解像度で音声をデジタル化します（サウンドのデジタル化については、アナログおよびデジタル録音のしくみを参照してください）。次に、あなたの声を他の何十ものものと組み合わせて、それらすべてを1本のワイヤー（通常は同軸ケーブルまたは光ファイバーケーブル）で電話会社のオフィスに送信します。いずれにせよ、回線はスイッチでラインカードに接続されるため、電話機を手に取ったときにダイヤルトーンが聞こえます。

同じオフィスに接続している人に電話をかけている場合、スイッチは単にあなたの電話とあなたが電話をかけた人の電話の間にループを作成します。長距離電話の場合、あなたの声はデジタル化され、長距離ネットワーク上の何百万もの他の声と組み合わされます。あなたの声は通常、光ファイバー回線を介して受信側のオフィスに伝わりますが、衛星やマイクロ波タワーによって送信される場合もあります。（詳細については、長距離電話はどのように機能しますか？を参照してください。）

手で生成！

あなたはそれらの昔ながらの電話のハンドクランクを知っていますか？リング信号のAC波を生成し、もう一方の端でベルを鳴らすために使用されました。

電話は単純なデバイスであるだけでなく、あなたと電話会社の間の接続もさらに簡単です。実際、Radio Shackで1ドルで入手できる2つの電話、9ボルトのバッテリー（またはその他の単純な電源）と300オームの抵抗を使用して、独自のインターコムシステムを簡単に作成できます。あなたはそれをこのように配線することができます：

電話会社への接続は、2本の銅線で構成されています。通常、それらは赤と緑です。緑のワイヤーは一般的で、赤いワイヤーは約30ミリアンペアで6〜12ボルトのDCを電話に供給します。単純なカーボングラニュールマイクについて考えると、その電流を変調するだけで（音波がグラニュールを圧縮および緩和する方法に応じて電流を増減させます）、もう一方の端のスピーカーは変調した電流を「再生」します信号。これですべてです。

このようなプライベートインターホンを配線する最も簡単な方法は、ハードウェアまたはディスカウントストアに行き、100フィートの電話コードを購入することです。図のように、それを切り、ワイヤーをはがし、バッテリーと抵抗器を引っ掛けます。（最も安価な電話コードには2本のワイヤーしか含まれていませんが、購入したものに4本ある場合は、中央の2本を使用してください。）2人が一緒に電話を手に取ると、お互いにうまく話すことができます。この種の配置は、最大数マイル離れた距離で機能します。

あなたの小さなインターホンができない唯一のことは、電話を鳴らして相手に拾うように言うことです。「リング」信号は、20ヘルツ（Hz）の90ボルトのAC波です。

誰かに電話する

手動交換機の時代に戻ると、より大きな電話システムがどのように機能するかを理解するのは簡単です。手動配電盤の時代には、すべての家から町の真ん中にある中央オフィスまで、1対の銅線が走っていました。交換手は、オフィスに入るワイヤーのペアごとに1つのジャックを備えたボードの前に座っていました。

各ジャックの上には小さなライトがありました。大きなバッテリーは、抵抗を介して各ワイヤーペアに電流を供給しました（前のセクションで見たのと同じ方法で）。誰かが自分の電話で受話器を手に取ると、フックスイッチが回路を完成させ、家とオフィスの間のワイヤーに電流を流します。これにより、配電盤のその人のジャックの上にある電球が点灯します。オペレーターは自分のヘッドセットをそのジャックに接続し、その人が誰と話したいかを尋ねます。次に、オペレーターは受信側に呼び出し信号を送信し、受信側が電話を受け取るのを待ちます。受信側がピックアップすると、オペレーターは、単純なインターホンが接続されているのとまったく同じ方法で2人を接続します。とても簡単です！

最新の電話システムでは、オペレーターは電子スイッチに置き換えられています。電話を手に取ると、スイッチがループの完了を検知し、ダイヤルトーンの音が鳴るので、スイッチと電話が機能していることがわかります。（トーンの詳細については、「ギターのしくみ」を参照してください。）ダイヤルトーンのサウンドは、350ヘルツのトーンと440ヘルツのトーンを組み合わせたもので、次のように聞こえます。

ダイヤルトーンを聞くには、ここをクリックしてください。

次に、プッシュホンキーパッドを使用して番号をダイヤルします。さまざまなダイヤル音は、トーンのペアで構成されています。

ダイヤルする一般的な番号は次のようになります。

プッシュホン番号を聞くには、ここをクリックしてください。

番号がビジーの場合、次のように、0.5秒オンと0.5秒オフのサイクルで480ヘルツと620ヘルツのトーンで構成されるビジー信号が聞こえます。

話中音を聞くには、ここをクリックしてください。

より長距離電話を送信できるようにするために、送信される周波数は約3,000ヘルツの帯域幅に制限されています。400ヘルツ未満および3,400ヘルツを超える音声の周波数はすべて除去されます。そのため、電話での誰かの声には独特の音がします。これらの2つの声を比較してください：

次のサウンドファイルを使用して、この種のフィルタリングが実際に行われることを証明できます。

知り合いを呼び出して、コンピューターで1,000ヘルツのサウンドファイルを再生します。人ははっきりと音を聞くことができます。また、2,000ヘルツと3,000ヘルツの音を聞くこともできます。ただし、4,000ヘルツの音は聞こえにくく、5,000ヘルツまたは6,000ヘルツの音はまったく聞こえません。それは電話会社がそれらを完全に切り取っているからです。

電話、電話網、および関連技術の詳細については、以下のリンクを確認してください。

初版：2000年4月1日

電話を発明したのは誰ですか？

電話が家庭で一般的になったのはいつですか？

電話の部品は何ですか？

電話という言葉はどこから来たのですか？

電話はどのように機能しますか？

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