電話

<image>

<image>

<image>

電話是一種可以傳送與接收聲音的遠程通信裝置。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）。電話的專利擁有權屬於亞歷山大·格拉漢姆·貝爾，貝爾於1876年3月申請電話的專利權，但具體誰是發明人還存在爭議。

電話的基本元件包括將聲音轉換為信號的麥克風（發射器）及可以將信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。電話的麥克風和耳機大部份會整合成電話聽筒，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信號，藉由電話線路傳送到受話端，受話端將信號轉換為耳機（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、語音數字採樣等。近年來的新技術包括，ISDN、DSL、網路電話、類比式行動電話系統和數位行動電話等。

這一行業通常分為電話設備製造商和電話網絡運營商。在歷史上，網路運營商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。

電話最早只是設計作為簡單的語音通訊使用，但許多現代的電話（特別是行動電話）增加許多額外的功能。例如答錄機、傳送接收文字訊息、拍攝及顯示照片或影片、播放音樂及上網，現在行動電話的趨勢是整合行動電話通訊及大部份相關的運算功能，稱為智慧型手機。

## 發展歷史

亞歷山大·格拉漢姆·貝爾一般被認為是電話的發明者。2002年6月11日美國國會的269議案承認了安東尼奧·穆齊的貢獻。一些人認為這是承認穆齊才是電話發明人，但這種說法存在爭議，因為議案並沒有明說「安東尼奧·穆齊就是發明人」。此外約翰·菲利普·雷斯等也有可能是電話發明人。

## 基本原理

<image>

傳統的固網電信電話系統，也稱為「普通老式電話服務」（POTS）會將控制線及音訊線放在同様的絕緣雙絞線（圖中的C，下同）上，也就是電話線。信號設備（參考左圖）包括鐘、蜂鳴器、燈光或其他設備（A7）提醒使用者有來電，數字按鈕或是撥號盤（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。絞線減少電磁干擾及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，此信號會比對方說話傳送過來的信號要強，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（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。負電壓會吸引正的金屬離子到電線上。

## 運作細節

<image>

<image>

<image>

<image>

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。

當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）及其他音訊相關元件會有電。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，並且送出撥號音通知發話方已可以撥號。若是使用現代的按鈕式電話，發話方在按鍵上按受話方的電話號碼，透過電路產生給交換機接收的雙音多頻信號雙音多頻。若是轉盤式電話利用脈衝撥號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，交換機送出忙音給發話方，但若受話方有安裝插撥機能，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）會送交流信號啟動蜂鳴器，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訊裝置，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，信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及數字多路系統進行，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，會產生其頻率及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。當信號通過接收器（A3）的聲圈時，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信號及喇叭信號相互干擾，這是藉由混合線圈（A3）達到的。電話線上進來的信號會通過電阻（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信號都會到喇叭，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設備的元件上。

## 固定電話系統

固定電話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接。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。模擬話音信號進一步被採樣量化成為數位訊號，以便在數字交換傳輸網路中傳遞。

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

自動電話系統通常使用數字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接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信號傳輸。綜合業務數字網則是使用數位訊號來連接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。

## 使用情況

到2009年底為止，固定電話已有12.6億的使用者，行動電話已有46億的使用者，總計幾乎60億的電話使用者。

## 各類型電話和通訊器材

- 固網電話
- 無繩電話
- 無線環路
- 電話子母機
- 數字無繩電話
- 模擬無繩電話
- 行動電話
- 智慧型手機
- 小靈通
- 傳真機

## 電話系統、組織架構與服務

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、ADSL、ISDN、網路交換機、路由器、無線區域網、數據機、簡訊息、傳真、GPRS、CDMA、CDPD、網路、電信黃頁、電話卡、200卡、 201卡、電話充值卡、114、110、112、119、120、122、電話磁卡、電話銀行

## 符號編碼

電話的Unicode字符包括：

- 260E
- 260F
- 1F4DE

## 發話方和受話方

發話方是打電話出去的一方，作法多半是利用撥電話號碼，接電話的一方稱為受話方。若不是免費電話，發話方一般需要付電話費，不過若是受話方付費電話則會由受話方付費。

若發話方是用行動電話在國際漫遊中發話，可以需要支付國際線路的額外費用。

在一般國家，比較禮貌的作法是發話方在開始說話時先告知身份，而不是先確認受話方的身份。

## 延伸閱讀

- Sobel, Robert (1974), The Entrepreneurs: Explorations Within the American Business Tradition. Weybright & Talley. ISBN 0-679-40064-8.
- Todd, Kenneth P. (1998), A Capsule History of the Bell System. American Telephone & Telegraph Company (AT&T).
- Ronell, Avital. (1989), The Telephone Book: Technology, Schizophrenia, Electric Speech (ISBN 0-8032-8938-3)

## 外部連結

- Early U.S. Telephone Industry Data
- 1911 Britannica "Telephone" article
- Virtual museum of early telephones
- The Telephone, 1877
- Telephone Citizendium