เครื่องโทรศัพท์

เครื่องโทรศัพท์ (อังกฤษ: Telephone) เป็นอุปกรณ์การสื่อสารโทรคมนาคมที่อนุญาตให้ ผู้ใช้สองคนหรือมากกว่า สามารถสนทนากัน เมื่อพวกเขาไม่ได้อยู่ในบริเวณใกล้เคียงกันที่จะได้ยินเสียงกันโดยตรง เครื่องโทรศัพท์จะแปลงเสียง, โดยทั่วไปเป็นเสียงมนุษย์, ให้เป็นสัญญาณ อิเล็กทรอนิกส์ที่เหมาะสำหรับการส่งผ่านทางสายเคเบิลหรือผ่านสื่ออื่น ๆในระยะทางไกล, และ เมื่อถึงผู้รับปลายทาง จะเปลี่ยนสัญญาณดังกล่าวกลับให้อยู่ในรูปแบบที่จะสามารถเข้าใจได้ คำว่าโทรศัพท์ได้รับการดัดแปลงเป็นคำศัพท์หลายภาษา มันมาจากกรีก: τῆλε ,Tele แปลว่าไกล และ φωνή , แปลว่าเสียง เมื่อรวมกัน หมายถึงเสียงที่อยู่ห่างไกล สำหรับระบบโทรศัพท์ซึ่งเป็นเทคโนโลยีนั้น ภาษาอังกฤษจะใช้คำว่า Telephony
จดสิทธิบัตรเป็นครั้งแรกใน ค.ศ. 1876 โดย อเล็กซานเดอร์ แกรฮ์ม เบลล์ และพัฒนาต่อ โดยคนอื่นๆมากมาย เครื่องโทรศัพท์เป็นอุปกรณ์ตัวแรกในประวัติศาสตร์ที่ผู้คนได้ใช้ในการพูดคุยกันโดยตรงในระยะทางที่อยู่ห่างกัน ระบบโทรศัพท์กลายเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้อย่างรวดเร็วสำหรับธุรกิจ, รัฐบาลและ ผู้ประกอบการ และในปัจจุบัน เครื่องโทรศัพท์เป็นบางส่วนของเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดเล็กที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย

องค์ประกอบของเครื่องโทรศัพท์

องค์ประกอบที่สำคัญของเครื่องโทรศัพท์(หรือบางครั้งเรียกว่า telephone set)ได้แก่ handset และแท่นวาง (แต่เดิมแยกออกจากกัน แต่บางครั้งวางประกอบอยู่ด้วยกัน). handset ประกอบด้วยไมโครโฟน(ตัวส่ง)เพื่อพูดเข้าและหูฟัง(ตัวรับ)ที่จะทำเสียงของคนที่อยู่ไกลออกไปขึนมาใหม่ นอกจากนี้ เครื่องโทรศัพท์ส่วนใหญ่มีกระดิ่ง(ringer)ซึ่งจะทำให้เกิดเสียงเมื่อมีโทรศัพท์เรียกเข้ามาและแป้นหมุนที่ใช้ในการป้อนหมายเลขโทรศัพท์เมื่อต้องการจะโทรออก ในราวทศตวรรษที่ 1970 เครื่องโทรศัพท์ที่ใช้หน้าปัดแบบหมุนส่วนใหญ่ถูกแทนที่ด้วยหน้าปัดแบบกดปุ่ม Touch-Tone ที่ทันสมัย ซึ่งได้เปิดตัวครั้งแรกโดย AT & T ในปี 1963. เครื่องรับและเครื่องส่งสัญญาณมักจะถูกสร้างบน handset เดียวกัน ซึ่งจะถูกยกขึ้นทาบกับปากและหูของผู้ใช้ในระหว่างการสนทนา แป้นหมุนอาจจะอยู่ได้ทั้งบน handset หรือบนแท่นวางที่ต่อกับตัว handset ด้วยสายไฟสั้นๆ(cord) เครื่องส่งสัญญาณจะแปลงคลื่นเสียงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า ซึ่งจะถูกส่งผ่านทางเครือข่ายโทรศัพท์ไปยังเครื่องโทรศัพท์ปลายทาง เครื่องรับโทรศัพท์ปลายทางจะแปลงสัญญาณไฟฟ้าให้เป็นเสียงออกทางลำโพง ระบบโทรศัพท์เป็นสื่อกลางในการสื่อสารแบบสองทาง ซึ่งหมายความว่าผู้ใช้ทั้งสองด้านสามารถพูดคุยกันได้พร้อมกัน
แม้ว่าเดิมจะถูกออกแบบมาสำหรับการสื่อสารด้วยเสียงที่เรียบง่าย เครื่องโทรศัพท์สมัยใหม่มีความสามารถอีกมากมายเช่น บันทึกข้อความเป็นคำพูด, ส่งและรับข้อความ, ถ่ายรูปและแสดง รูปถ่ายหรือวิดีโอ, เล่นเพลงและท่องอินเทอร์เน็ต แนวโน้มปัจจุบันเครื่องโทรศัพท์จะเป็นที่รวมของทุกการสื่อสารเคลื่อนที่และความการใช้ในการคำนวณ เครื่องโทรศัพท์เหล่านี้เรียกว่าสมาร์ทโฟน

หลักการทำงานพื้นฐาน

ระบบโทรศัพท์แบบดั้งเดิมที่ใช้คู่สายทองแดง หรือที่เรียกกันว่าโทรศัพท์พื้นฐาน ปกติจะขนส่งทั้งสัญญาณควบคุมและสัญญาณเสียงบน คู่สายบิด (สายไฟหุ้มฉนวนสองเส้นบิดเป็นเกลียว) เดียวกัน (C ในรูป) เรียกสายนี้ว่า สายโทรศัพท์
เครื่องโทรศัพท์พื้นฐานมี switchhook (A4) และอุปกรณ์แจ้งเตือน, ปกติจะเป็น ringer (A7), ที่ยังคงเชื่อมต่อกับสายโทรศัพท์ตลอดเวลาที่ handset วางอยู่บนแท่นหรือวางหู หรือ "on hook" (กล่าวคือ สวิทช์ (A4) จะ open) และ ส่วนประกอบอื่นๆ ที่เหลือจะมีการเชื่อมต่อกับสายโทรศัพท์เมื่อยกหู หรือ "off hook" (สวิทช์ (A4) จะ close) ส่วนประกอบที่ทำงานตอน off hook ประกอบด้วย เครื่องส่งสัญญาณ(ไมโครโฟน, A2), เครื่องรับ (ลำโพง, A1), และวงจรอื่นๆสำหรับการโทรออก, ตัวกรองและตัวขยายเสียง (A3)
อุปกร่ณ์ส่งสัญญาณ หรือ ringer, รูปซ้ายประกอบด้วยกระดิ่ง (A7) หรือ beeper หรือ หลอดไฟอื่น ๆ (A7) เพื่อแจ้งเตือนผู้ใช้ให้รู้ว่ามีสายเรียกเข้า และปุ่มตัวเลขหรือหน้าปัดแบบหมุน (A4) เพื่อป้อนหมายเลขโทรศัพท์สำหรับการโทรออก ค่าใช้จ่ายส่วนใหญ่ของบริการโทรศัพท์ landline คือสายไฟ ดังนั้นโทรศัพท์จึงส่งเสียงทั้งขาเข้าและขาออกโดยใช้สายไฟคู่บิดเดียวกัน สายคู่บิดจะมีจำนวนรอบการบิดต่อระยะความยาวจำนวนหนึ่งที่จะหักล้างการรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (อังกฤษ: electromagnetic interference) หรือ EMI และ crosstalk ได้ดีกว่าสายเดียวหรือคู่สายที่ไม่บิด สัญญาณเสียงขาออกจากไมโครโฟนที่แข็งแรงไม่ได้เอาชนะสัญญาณ ลำโพงที่เข้ามากับ sidetone ที่มีความแรงน้อยกว่าเพราะขดลวดไฮบริด (A3) ตัดลบสัญญาณ ของไมโครโฟนออกจากสัญญาณที่ส่งไปยังลำโพง กล่องแยก(B)ป้องกันฟ้าผ่าด้วย lightning arrester (B2) และตัวปรับความต้านทานของสาย(B1)เพื่อเติมเต็มสัญญาณไฟฟ้าสำหรับความยาวของสายโทรศัพท์, B1 ทำการการปรับเปลี่ยนที่คล้ายกันกับ A8 สำหรับความยาวสายภายใน. แรงดันไฟฟ้าที่สายเป็นลบเมื่อเทียบกับดิน เพื่อลดการกัดกร่อนแบบ galvanic corrosion เพราะไฟฟ้าแรงดันลบจะดึงดูดไอออนบวกของโลหะเข้ามาที่สายไฟ
เครื่องโทรศัพท์แบบ landline เชื่อมต่อด้วยสายไฟหนึ่งคู่เข้าโครงข่ายโทรศัพท์ ในขณะที่โทรศัพท์เคลื่อนที่สามารถพกพาและติดต่อสื่อสารกับโครงข่ายโทรศัพท์โดยการส่งสัญญาณวิทยุ. โทรศัพท์แบบ cordless ใช้ handset แบบพกพาที่ติดต่อสื่อสารโดยการส่งวิทยุกับสถานีฐาน แล้วสถานีฐานจะติดต่อกับโครงข่ายโทรศัพท์ด้วยสายอีกที

โทรศัพท์ดิจิตอลและ Voice over IP

การประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ในปี ค.ศ. 1947ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในเทคโนโลยีที่ใช้ในระบบโทรศัพท์ และในเครือข่ายการส่งข้อมูลทางไกล ด้วยการพัฒนาระบบ สวิตชิ่งแบบอิเล็กทรอนิกส์ในปี ค.ศ. 1960, โทรศัพท์ค่อยๆพัฒนาไปสู่​​โทรศัพท์ดิจิตอลที่ มีความสามารถสูงขึ้น คุณภาพดีขึ้น และค่าใช้จ่ายของเครือข่ายที่น้อยลง
การพัฒนาวิธีการสื่อสารข้อมูลดิจิตอลเช่น โพรโทคอลต่างๆที่ใช้สำหรับอินเทอร์เน็ตทำให้สามารถแปลงเสียงให้อยู่ในรูปดิจิทัล และส่งมันเป็นข้อมูลแบบเรียลไทม์ผ่านเครือข่ายคอมพิวเตอร์ ซึ่งทำให้เกิด Internet Protocol (IP) ของโทรศัพท์หรือที่รู้จักกันว่าเป็น voice over Internet Protocol (VoIP) ซึ่งได้พิสูจน์แล้วว่า VoIP เป็นเทคโนโลยีที่มาแทนที่โครงสร้างพื้นฐานของเครือข่ายโทรศัพท์แบบดั้งเดิมได้อย่างรวดเร็ว
เมื่อมกราคม 2005, ผู้ใช้บริการโทรศัพท์ในประเทศญี่ปุ่นและเกาหลีใต้จำนวนสูงถึง 10 % ได้ เปลี่ยนมาใช้บริการโทรศัพท์แบบดิจิทัลนี้ ในเดือนเดียวกัน บทความของนิวสวีคชี้ให้เห็นว่า โทรศัพท์ผ่านอินเทอร์เน็ตอาจจะ "สิ่งที่ยิ่งใหญ่ต่อไป" ในปี 2006 บริษัทหลายแห่งให้บริการ VoIP กับผู้บริโภคและธุรกิจ
จากมุมมองของลูกค้า, ระบบโทรศัพท์ IP ใช้การเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตแบนด์วิธสูง และต้องการอุปกรณ์สถานที่ลูกค้า (อังกฤษ: customer premises equipment) หรือ CPE ที่มีลักษณะพิเศษในการส่งผ่านสัญญาณโทรศัพท์ผ่านทางอินเทอร์เน็ต, หรือผ่านเครือข่าย​​ข้อมูลส่วนตัวอื่นๆที่ทันสมัย จริงๆแล้ว อุปกรณ์ของลูกค้าอาจจะเป็นเพียง อะแดปเตอร์โทรศัพท์แอนะล็อก ( ATA ) ซึ่งใช้เชื่อมต่อเครื่องโทรศัพท์แบบอนาล็อกแบบเก่าเข้ากับอุปกรณ์เครือข่าย IP, หรืออาจเป็นเครื่องโทรศัพท์ไอพีที่มีเทคโนโลยีเครือข่ายและอินเตอร์เฟซที่สร้างขึ้นในชุดตั้งโต๊ะ ที่ทำงานเหมือนโทรศัพท์ที่คุ้นเคยแบบเดิม
นอกจากนี้ ผู้ผลิตซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์จำนวนมาก และผู้ประกอบการโทรศัพท์ ได้จัดหาซอฟต์แวร์แอปพลิเคชัน softphone ที่จำลองคอมพิวเตอร์ให้เป็นเครื่องโทรศัพท์โดยการใช้ ไมโครโฟนและหูฟังเสียงหรือลำโพงที่แนบมากับซอฟต์แวร์ด้วย
แม้จะมีคุณสมบัติและสิ่งอำนวยความสะดวกใหม่ๆของโทรศัพท์ไอพี บางอย่างอาจจะเป็นข้อเสีย ที่โดดเด่นเมื่อเทียบกับระบบโทรศัพท์แบบดั้งเดิม. ยกเว้นในกรณีที่ของชิ้นส่วนเครื่องโทรศัพท์ IP ได้รับการสนับสนุนจากแหล่งจ่ายไฟสำรองฉุกเฉินหรือแหล่งพลังงานอื่นๆในสถานที่ลูกค้า, โทรศัพท์ IP จะสิ้นสุดสภาพการทำงานในระหว่างไฟฟ้าดับซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้ในกรณีฉุกเฉินหรือภัยพิบัติ เครื่องโทรศัพท์แบบดั้งเดิมที่เชื่อมต่อกับเครือข่าย PSTN เก่าจะไม่พบปัญหานี้ เนื่องจากพวกมันจะถูกขับเคลื่อนด้วยแบตเตอรี่ของบริษัทโทรศัพท์ที่มีไฟสำรองฉุกเฉินติดตั้งอยู่ในเกือบทุกชุมสาย ซึ่งจะทำงานต่อไปแม้ว่าจะมีปัญหาไฟฟ้าดับเป็นเวลานาน
อีกปัญหาหนึ่งของการให้บริการแบบอินเทอร์เน็ตก็คือ การขาดสถานที่ติดตั้งอุปกรณ์ทางกายภาพที่แน่นอน ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อการจัดเตรียมการให้ความช่วยเหลือในกรณีฉุกเฉิน เช่น ตำรวจดับเพลิงหรือรถพยาบาลเมื่อมีคนเรียกใช้ เว้นแต่จะได้ปรับปรุงสถานที่ตั้งทางกายภาพของโทรศัพท์ IP ที่ผู้ใช้ได้ลงทะเบียนเอาไว้ หลังจากที่ย้ายไปอยู่อาศัยในที่แห่งใหม่ บริการฉุกเฉินจะสามารถส่งความช่วยเหลือไปยังสถานที่ที่ถูกต้อง

การใช้

เมื่อสิ้นปี 2009 ผู้ใช้บริการโทรศัพท์มือถือและโทรศัพท์พื้นฐานทั่วโลกมียอดรวมเกือบ 6 พันล้าน เป็นโทรศัพท์พื้นฐาน 1.26 พันล้าน และ 4.6 พันล้าน สำหรับโทรศัพท์เคลื่อนที่