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電話

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1896年的電話。

電話和製漢語電話,舊譯:德律風,英語Telephone義大利語Telefono德語Telefon)出自希臘語τῆλεtēle,意為「遠」)和φωνήphōnē,意為「聲音」),指一種可以傳送與接收聲音遠程通訊裝置。早在十八世紀歐洲已有「電話」一詞,用來指用線串成的話筒(以線串起杯子)。電話的出現要歸功於亞歷山大·格拉漢姆·貝爾,早期電話機的原理為:說話聲音為空氣裡的複合振動,可傳輸到固體上,透過電脈衝於導電金屬上傳遞,內含電磁鐵。美國國會2002年6月15日269號決議確認安東尼奧·穆齊為電話的發明人。穆齊於1860年首次向公眾展示他的發明,並在紐約的義大利語報紙上發表關於這項發明的介紹,但是因為穆齊家中貧困,1874年未能延長專利期限[1]。1860年菲利普-雷斯英語Johann Philipp Reis也發明一種基本的電話。貝爾於1876年3月申請電話的專利權。[2]

電話的基本元件包括將聲音轉換為訊號的麥克風(發射器)及可以將訊號還原為聲音的耳機(接收器)。此外,大部份的電話都有鈴或蜂鳴器,可以發出聲音,提醒有人打電話來,也有撥號盤,若要打電話給其他人時可以輸入電話號碼。在1970年代以前的電話是用旋轉式的撥號轉盤英語rotary dial撥號,但AT&T在1963年發表雙音多頻的按鈕式撥號盤,後來撥號轉盤也都被按鈕所取代。[3]。電話的麥克風和耳機大部份會整合成電話聽筒英語handset,在打電話時有手拿著,麥克風和耳機分別放在口及耳朵的旁邊。發射器可以將音波轉換為訊號,藉由電話線路傳送到受話端,受話端將訊號轉換為耳機(或是喇叭)中的聲音。

歷史上對電話的改進和發明包括:碳粉話筒、人工交換板、撥號盤、自動電話交換機程控電話交換機雙音多頻撥號、語音數位採樣等。近年來的新技術包括,ISDNDSL網路電話模擬行動電話數位行動電話等。

這一行業通常分為電話裝置製造商和電話網路業者。在歷史上,網路業者通常都擁有全國性的壟斷。近年來,隨著全球電信市場的開放和整合以及技術的發展,逐漸出現多家運營商在同一市場競爭的局面。例如,貝爾系統,即AT&T的下屬公司曾擁有美國電話市場的80%。1984年,由於美國司法部反壟斷訴訟,貝爾系統被迫分割成多個獨立的地方貝爾公司。

電話的Unicode字符包括:(U+2121)、(U+260E)、(U+260F)、(U+2706)和📞(U+1F4DE)。

電話最早只是設計作為簡單的語音通訊用,但許多現代的電話(特別是移動電話)增加許多額外的功能。例如答錄機英語Answering machine、傳送接收文字訊息英語Text messaging拍攝及顯示相片或影片、播放音樂及上網,現在移動電話的趨勢是整合移動電話通訊及大部份相關的運算功能,稱為智慧型手機

基本原理[編輯]

固網電話的示意圖

傳統的固網電信電話系統,也稱為「普通老式電話服務」(POTS)會將控制線及音頻線放在同様的絕緣雙絞線(圖中的C,下同)上,也就是電話線。訊號裝置(參考左圖)包括鐘、蜂鳴器、燈光或其他裝置(A7)提醒使用者有來電,數字按鈕或是電話撥號轉盤英語rotary dial(A4)可以輸入要打的電話號碼。固網電話服務中最大的開銷就是在電話線路,因此電話會將雙方的通話都由同一對絞線來傳送。絞線減少電磁干擾串擾的效果比單一線或是一對沒有絞的線要好。麥克風接收到的聲音會轉換為電波送出,此訊號會比對方說話傳送過來的訊號要強,但在側音中一方講話的訊號不會蓋過對方說話傳來的訊號,因為混合線圈英語hybrid coil(A3)會將送到聽筒的聲音減掉麥克風的聲音。接線盒(B)抑制雷擊及進行阻抗匹配根據電話線的長度,使資訊最大。電話也會針對室內線路長度作對應的調整(A8)。電話線上的電壓相對地是負的,以減少伽凡尼腐蝕英語galvanic corrosion。負電壓會吸引正的金屬離子到電線上。

運作細節[編輯]

1900年代早期的電話。
1940年代的撥號電話。
2000年代內含微電腦晶片的網路影像電話。
紀念郵票上的19世紀人工接線式電話
內含轉接總機的電話,常見於企業辦公室。

固網電話會包括一個切換開關(A4)及一個警示裝置,多半是蜂鳴器(A7),當電話掛上(on hook)時,開關開路,警示裝置會連接到電話線,其他裝置是在電話未掛上(off hook)時連接到電話線,包括傳送器(麥克風,A2)、接收器(喇叭,A1),以及其他撥號、濾波(A3)及放大用的裝置。

發話方想要打電話時,會將電話聽筒拿起,會藉由一個槓桿使切換開關導通(A4),因此傳送器(麥克風)、接收器(喇叭)及其他音頻相關元件會有電。電話未掛上的電路阻抗較低(小於300歐姆),因此會產生直流電流,送到交換機。交換機偵測到電流,將電話線連接一數位接收電路,並且送出撥號音英語Dial tone通知發話方已可以撥號。若是使用現代的按鈕式電話英語Push-button telephone,發話方在按鍵上按受話方電話號碼,透過電路產生給交換機接收的雙音多頻訊號雙音多頻。若是轉盤式電話英語Rotary dial利用脈衝撥號英語pulse dialing方式以脈衝表示電話號碼,因此交換機可以收到電話號碼(到2010年止許多交換機仍可以處理脈衝撥號)。若受話方的電話沒有忙線,交換機送出間歇式的電話鈴訊號給受話方(北美及英國是交流75V,德國則是交流60V),提醒受流方有電話打來了。若受話方的電話忙線,交換機送出忙線訊號英語busy signal給發話方,但若受話方有安裝插撥英語call waiting機能,交換機會送出間歇式的告知音,告知有來電。

電話的蜂鳴器(A7)透過一個電容器連接到電話線,因此直流訊號無法通過,只有交流的振鈴訊號才能通過。當電話掛上時不消耗電流(在不考慮電話上的燈或其附加裝置的情形下),但電話線上會持續的有直流電壓。交換機電路(D2)會送交流訊號啟動蜂鳴器,告知有來電。在沒有自動交換機的時代,電話會有手搖的電話磁石英語telephone magneto產生振鈴電壓給交換機或線上的其他電話。當固網電話掛上(on hook)時,電話交換機的線路偵測到上面沒有直流電流,因此知知道此電話未使用。當發話方開始打電話時,交換機送出振鈴訊號,當受話方拿起聽筒時,會觸發一個雙重的切換開關,切斷警示裝置,並且導通電話中的音頻裝置,因此會從電話線上抽取電流。確認此電話在使用中。交換機線路會將振鈴訊號切掉,兩台電話都是可使用的,藉由電話線路連線。只要雙方的切換開關都導通(off hook),雙方就可以通話。若任何一方結束通話,將電話聽筒放回電話上,線上直流電流中斷,告知交換機這通電話已結束了。

若通話雙方不是連接同一個交換機,訊號會透過交換機之間的中繼鏈接來連接,現在的電信網路中,這部份的連接會用光纖通訊數位多路系統英語Digital Multiplex System進行,相關遠距離的通訊可以透過衛星通訊進行。

大部份的固網電話,其麥克風及喇叭都會放在聽筒中。麥克風(A2)是由電話線供電,會產生其頻率振幅都會依到達隔膜的聲音來變化的調變電子訊號。電流會延電話線傳送到交換機,再送到另一個電話。當訊號通過接收器(A3)的聲圈英語voice coil時,變化的電流使接收器的隔膜會產生對應的振動,因此可以複製原來發話端的聲音。

除了麥克風及喇叭外,也有其他電路避免麥克風訊號及喇叭訊號相互干擾,這是藉由混合線圈英語hybrid coil(A3)達到的。電話線上進來的訊號會通過電阻(A8)及線圈(A3)通到喇叭(A1),因為電阻及線圈的阻抗比麥克風(A2)要低,因此幾乎所有的進來的訊號都會到喇叭,不會到麥克風。

同時電話線上的直流電壓產生了直流電流,會分為電阻-線圈(A8-A3)及麥克風-線圈(A2-A3)兩個路徑,延著麥克風-線圈路徑的直流電流會因聲音轉換為交流電流,只通過線圈(A3)主繞組的上方路徑,主繞組上方路徑的圈數比下方的略小,因此部份的電流會回到喇叭,但主要的會透過電話線送出。

架線工的聽筒英語lineman's handset是專門為測試電話線路而設計的電話機,也可以直接接到架空電纜或是其他基礎裝置的元件上。

固網電信系統[編輯]

固網電信系統通常稱為公用電話交換網。在交換機與使用者之間通常以銅線連線。近年來,光纖部分地替代銅線。通話所使用的頻率範圍為0 - 3.5千赫茲。更高的頻率在接入交換局時被濾掉。模擬話音訊號進一步被採樣量化成為數位訊號,以便在數位交換傳輸網路中傳遞。

端局是指使用者擁有直接連線連線的交換機。用戶線路是指使用者與端局之間的線路。中繼線是指連線不同交換機的電路。中繼線群是指一組介於同樣兩個交換機之間的中繼線。

自動電話系統通常使用數位組合來代表和尋址不同的使用者,這也就是電話號碼。電話號碼系統通常會區分本地電話、長途電話和國際電話。撥打本地電話通常可以直接撥本地號碼。長途電話則需撥國際冠碼國際電信聯盟(ITU) 推薦使用「0」],加國內長途區號和本地號碼。國際電話則需撥國際長途字冠(ITU推薦使用「00」)、國際長途區號、國內長途區號和本地號碼。美國和加拿大使用「1」作為國內長途字冠,「011」為國際長途字冠。 國際長途區號請參見國際長途電話區號表

大型企業或機構通常會使用專用電話交換機(PBX)。專用交換機使用系統內部的號碼,通常也同時占用公用電話號碼的某一區段。一些大型公司的內部電話網連線不同的城市甚至不同的國家。

多數PSTN網路在使用者和端局之間使用模擬訊號傳輸。 綜合業務數位網則是使用數位訊號來連線使用者和端局的系統。

在電話交換機之間,目前通常使用7號信令系統傳輸信令

使用情形[編輯]

到2009年底為止,固定電話已有12.6億的用戶,行動電話已有46億的用戶,總計幾乎60億的電話用戶[4]

各類型電話和通訊器材[編輯]

電話系統、組織架構與服務[編輯]

電話區號控制電碼程控交換機電話交換中心可視電話電話會議(Global Conference Bridge),集團電話IP電話熱線電話公用電話市話長途電話衛星電話語音電話海事電話磁卡電話舉報電話ADSLISDN網路交換機路由器無線區域網路數據機簡訊傳真GPRSCDMACDPD網路電信黃頁電話卡200卡201卡電話充值卡神州行114110112119120122電話磁卡電話銀行

相關條目[編輯]

參考文獻[編輯]

  1. ^ 凱文·凱利(2010),科技想要什麼。
  2. ^ 藝術與建築索引典—電話.於2010年4月21日查閱
  3. ^ Dodd, Annabel Z., The Essential Guide to Telecommunications. Prentice Hall PTR, 2002, p. 183.
  4. ^ Next-Generation Networks Set to Transform Communications, International Telecommunications Union website, 4 September 2007. Retrieved 5 July 2009.

延伸閱讀[編輯]

外部連結[編輯]