我t是那些時刻之一，當 世界永遠改變。1876年3月10日，托馬斯·沃森(Thomas Watson)盯著一個奇怪的 當他聽到電器說出的話時，他說： 創造了歷史：“華生先生!過來這里!我想見你! 那三個短短的 感嘆號標志著 電話 好好應運而生，多虧了沃森的杰出同事 亞歷山大·格雷厄姆·貝爾(1847-1922)。從那一刻起，一個多世紀 以前，電話已成為最常見的電話之一 發明 在世界上。除了處理語音通話外，它還可以幫助我們 發送文檔方式 傳真 這也是基本的 基礎設施，其中 互聯網 建成。 電話看起來很簡單，但它們到底是什么，它們如何路由我們的電話 世界?讓我們仔細看看!

　　照片：電話曾經是笨重而昂貴的設備，直到 移動 手機 從 1980 年代開始流行，總是 固定在適當的位置。當您撥打電話時，您撥打的號碼到達了特定地點; 通常，您必須要求與您想要的人交談，并在他們走向電話時等待。手機 把這一切顛倒過來。現在電話號碼不是與地點相關聯，而是與人們相關聯，他們拿走了他們的手機和電話號碼 無論他們走到哪里，甚至從一個國家到另一個國家。

　　從電報到電話

　　你試過嗎 制作 錫罐電話 從兩個烤豆罐和一根繩子中取出? 它確實有效!不僅如此，它還給出了 您對電話如何傳遞人們的聲音有深刻的了解 地點 地方。通常 聽 起來 像看不見的波浪一樣在空中傳播， 轉移 能源 從某事 振動(如鼓皮或 吉他弦來回移動)到我們的耳膜。發送聲音 通過空氣是可以的 我們想與之交談的人坐在同一個房間里。但如果 他們在另一棟樓里——甚至是另一個國家——我們需要一個不同的 溝通形式。

　　藝術品：錫罐電話將聲音作為振動發送到連接的琴弦上 他們。繩子必須比我在這里畫的要緊得多!

　　早在 19 世紀，就在電話發明之前， 另一款電氣設備稱為 電報機 是通信技術的高度。電報很簡單 電路在兩個城鎮之間延伸數英里，通常 沿著一條鐵路線。消息可以來回發送 電報線作為突發 電力. 這是怎么做到的?想 的手電筒。這是一個非常基本的電路：一圈電纜 將燈、開關和電池連接在一起。通常，當 指示燈熄滅，開關已設置，因此會斷開電路。該開關是 一種阻止電流流動的“吊橋”。當你輕拂時 開關，你降低吊橋：你去掉斷路器 電路，因此來自電池的電子在其周圍連續流動，點亮 燈。

　　藝術作品：塞繆爾·莫爾斯演示他的電報：本質上，你打開的電路 或接近以發送編碼為電脈沖的消息。 弗蘭克·萊斯利插圖報紙的藝術作品，1871 年，由 美國國會圖書館、印刷品和照片 劃分。

　　假設你可以制作一個絕對巨大的手電筒數百 數英里長。如果將開關部分放在一端，請在“新建”中說 約克城，另一端的燈部分，比如在底特律，你 能 通過輕彈開關在這兩個地方之間發送消息，然后 關。你會站在紐約市點擊開關，然后其他人 會站在底特律看著燈忽明忽暗。要發送 消息，您需要事先同意特殊代碼 所以不同種類的閃光意味著不同的東西。如果你想 真的是 聰明，你可以有兩個并排放置的巨大手電筒， 一個用于將消息從紐約市發送到底特律，另一個用于發送消息 以另一種方式發送回回復。你會建造的東西本來是 一種電報。在真正的電報中，不是燈，而是”s a 每次開關時在一端發出咔嗒聲的設備(即 被稱為 .key) 在 另一端。而兩端的人用的是預先安排好的圖案 短點擊和長點擊(“點”和“破折號”)稱為 莫爾斯 法典 發送他們的信息。

　　電報徹底改變了通信，但它們很慢， 使用起來相當費力。主要困難之一是人們 在他們能夠發送和接收消息之前，必須學習摩爾斯電碼; 另一個問題是必須發送和接收消息 在特殊電報局：無法發送它們 直接到你自己家。電話改變了這一切。

　　照片：現代電話從電話線上獲取電源， 電池或插入式適配器;在電力變得如此方便和普及之前， 電話用戶必須使用內置的手搖式電源為通話產生一些自己的電力 發電機 稱為 磁. 這是布法羅峽歷史村磁電機手機的早期例子，其歷史可以追溯到 19世紀末。照片來自卡羅爾·M·海史密斯(Carol M. Highsmith)的美國項目中的德克薩斯州莉達山照片集， 美國國會圖書館、印刷品和照片 劃分。

　　真正的電話就像烤豆罐頭電話之間的交叉 和電報。當你在烤豆罐頭上“打電話”朋友時 電話，你對著一端的罐子說話，你的聲音 聲音使罐子振動。然后琴弦將振動傳遞到 你的朋友拿著的罐子，它也會振動，并產生聲音 你的朋友可以聽到。與烤豆罐電話不同，你不能 對著電報說話。相反，你 通過輕彈開關將消息作為編碼電脈沖發送 然后關閉。假設你可以把這兩個想法結合起來：如果你 可以將您的聲音變成電信號，從而可以 被帶到任何長度的電線上，然后變回聲音 其他人可以在另一端聽到?這個想法是 亞歷山大·格雷厄姆·貝爾(Alexander Graham Bell)發生了——它's 背后的原則 電話。

　　電話的部件

　　電話不僅僅是家里桌子上的東西。 這是一個完整的系統：您那端的聽筒，運行的電纜 進墻，一整套通訊設備 (銅 電纜 光纖、微波塔和 衛星) 攜帶 全國各地的電話信號，一些交換設備使 確保呼叫到達正確的位置，另一端有聽筒。

　　讓我們考慮一個典型的手機。在頂部， 有一個揚聲器，你按在耳朵上。在底部， 有一個 麥克風 你放在嘴邊。走出來 聽筒，包裹在里面 一根粗的盤繞電纜是兩對銅線。一對 是輸出：它需要輸出電氣 從麥克風到電話系統的信號;另一對是 輸入：它將來自電話系統的輸入信號發送到 揚聲器。

　　照片：你真的可以看到麥克風 當我擰開這部古董電話的喉舌時，顯然。 請注意，麥克風僅通過兩根線連接：一根攜帶 電進入麥克風;另一個又把它扛了回來。

　　揚聲器和麥克風的工作方式相似但相反。 這 麥克風 包含一塊柔性 塑膠 稱為隔膜，具有 鐵 附在其上的線圈和 磁鐵 附近。當你對著吹嘴說話時，聲音能量在 您的聲音使振膜振動，使線圈靠近或 離磁鐵更遠。這會在線圈中產生電流 這對應于你的聲音：如果你大聲說話，一個很大的 產生電流;如果你輕聲說話，電流會更小。你 可以將麥克風視為能量轉換設備：它將 聲音中的聲能轉化為電能。的東西 將能量從一種形式轉換為另一種形式稱為 傳感器. 這 揚聲器 在電話中工作 相反的方式：它需要輸入電流并使用 磁性 將電能轉換回聲能 能聽見。在一些 電話，揚聲器和麥克風單元幾乎相同， 只是以相反的方式連接起來。(您可以在我們的 關于 揚聲器 和 麥克風.)

　　古董電話里面有什么?

　　他們不像以前那樣制作它們!取下古董手機的蓋子，你會發現：

　　撥號機制：隨著表盤的旋轉，它 中斷電話和交換機之間的電路，從而創建 撥號脈沖。如果你撥號碼“9”，你創建九個脈沖，撥號 “5”，你發出五個脈沖，依此類推。

　　鐘聲：舊手機其實有真的， 里面有閃亮的金屬鈴鐺，表示來電!摩登 手機有電子蜂鳴器或嗶嗶聲，聽起來不太好 好。

　　電磁體：當電話響起時， 這種電控磁鐵快速打開和關閉，移動 前面的鈴鐺之間有一個拍子，讓它們響起。它 很高興看到當你取下蓋子時發生這種情況。就像 回到19世紀!

　　傾斜開關機構：這檢測 當聽筒被抬起或放回時。如果聽筒位于 開關，它切斷了手機和本地的連接 交換。電路(將交換機連接到電話)僅在您抬起聽筒時完成。

　　電路板：所有的小電線 控制手機的不同部分(撥號、傾斜 開關，依此類推)在此電路板上相遇。

　　我在哪里可以買到古董手機?

　　您仍然可以從以下位置找到像這樣的手機 英國GPO(郵局)型號 例如 1970 年代在 eBay 上，但有很多假古董 手機周圍 - 所以要小心。

　　某些舊手機使用的脈沖撥號在某些手機上不再有效 數字 交換，所以雖然這樣的手機需要 來電，他們并不總是撥出電話。 它們在響起時看起來很棒，聽起來很棒， 但是與揚聲器和麥克風相比，揚聲器和麥克風相當粗糙 那些在更現代的手機中，您可能無法使用其中之一 如果您有聽力障礙。

　　撥打電話

　　每個人都知道當你打電話時會發生什么：你接聽 聽筒，撥號，然后等待另一端的人應答。 但是，只是為了改變，讓我們從手機的角度考慮一下 視圖。

　　1. 拿起聽筒

　　拿起聽筒時，打開電話電路： 抬起聽筒實際上與輕彈開關是一回事 完成手機和本地之間的電路 電話交換機 (一棟充滿 當地城鎮或城市的電話設備，用于路由您家的所有呼叫)。 我將在本文后面解釋電話交換機中發生的情況。

　　2. 撥打號碼

　　照片：按鈕鍵盤：像這樣的無繩電話聽筒就像固定電話和手機之間的交叉。像手機一樣，它使用 無線電波 與插入普通固定電話插座的基站通信。它具有相當低功率的無線電發射器，因此它只能在您家和花園的短范圍內工作。你可以看到無線 天線 在這張照片中延伸。隨著音調撥號(DTMF，下文更詳細描述)的發展，按鈕電話從 1960 年代開始慢慢開始取代旋轉撥號電話。較舊的手機有撥號盤，可以將電流脈沖發送到交換機。脈沖撥號要慢得多，撥號非常容易 沒有意識到錯誤的數字。

　　我們尚未提及的手機的一個重要部分是 按鈕 鍵盤. 我們還在說話 關于“撥打”電話號碼，即使幾乎沒有電話(除了 像上面描述的古董)有旋轉 撥打。在其中一部舊電話上，您使用系統撥打號碼 叫 脈沖撥號.如果你聽 聽筒 當您撥號時，您會聽到很多點擊聲，因為 表盤旋轉。實際上，撥盤暫時中斷了 電流在線路轉動時順著線路流下。快速 它以這種方式產生的脈沖向本地交換指示什么 您要接通的電話號碼。現代手機使用不同的系統 叫 音調撥號 (也稱為 DTMF，或 雙音多頻)。當您按下鍵盤上的數字時，您 聽到音符向下而不是咔嗒聲。交易所 從手機的音樂聲音中識別您想要的號碼 使。(撥號音對于電話銀行之類的事情也很有用。

　　3. 建立聯系

　　照片：1965年，一名女電話接線員坐在總機前。 攝影：Martin Brown 提供 美國宇航局格倫研究 中心(美國宇航局集選區).

　　您已拿起聽筒并撥打了號碼。現在 Exchange 必須將您的呼叫路由到某人的另一部電話 別人的家。想象一下這是如何工作的。您可以將交易所可視化為 巨大的建筑，成千上萬的電線從人們的電線進入其中 家庭。如果 你想把湯姆的手機連接到安的手機，理論上你只需要 做是采取兩條電纜通往他們的家和 臨時加入他們 一起。在19世紀后期，當手機還相當新的時候， 這幾乎就是交易所發生的事情。有人 (通常是女性)稱為 總機接線員. 她會拿一個人的電話線，把它物理連接到另一個人的電話線上。 通過將其插入木板上的插座。她可以連接任何 通過切換連接將某人的電話切換到其他人的電話 董事會——這就是為什么它被稱為總機。不久之后，這些 手動配電盤被電磁配電盤取代，電磁配電盤可以切換 自動使用 繼 電器. 什么時候 晶體管 發明于 1940 年代后期， 配電盤開始變得更小、更快、更高效。今天 配電盤本質上只是計算機或 數字 交流 自動執行所有電話路由 - 但它們本質上仍然工作 與手動配電盤相同：它們直接電氣化 從您家中的聽筒連接到您所在的手機 叫。

　　4. 對著電話通話

　　一旦您的電話被接聽，您就會對著喉舌說話 你的手機。當聲帶進入時，您的聲音會產生聲能 你的喉嚨振動。聲能通過空氣傳播到 麥克風，并使內部振膜振動。隔膜 將聲音中的能量轉化為電能，這 電能沿著電話線流下。當它到達 聽筒在另一端，它流入揚聲器中的 耳機。在那里，電能被轉換回聲音——并且 你的聲音在對方的耳邊神奇地重現。 當對方說話時，整個過程是相反的。因為 那里 是雙向運行的電線，您既可以說話又可以聽 同一時間。

　　總結一下當你用手機給朋友打電話時能量會發生什么：

　　聲音中的聲能使空氣振動。振動的空氣將聲能帶入手機。

　　吹嘴話筒中的振膜將聲能轉換為電能。

　　電能通過交換機從手機傳輸到您朋友的手機。

　　您朋友手機的聽筒揚聲器中的振膜將輸入的電能轉換回聲能。

　　聲能從聽筒傳到朋友的耳朵里。

　　因此，打電話就是將能量從 聲音到電，將電帶到一根很長的電線上，然后 將電變回聲音。但是如果你想打電話 到另一個國家，還涉及一些事情。

　　撥打國際電話

　　曾經，所有的電話都是通過電線從一部電話傳到另一部電話的。 這就是為什么長途(有時稱為“中繼”)通話需要更長的時間 路線和制造成本更高。國際電話接聽 很長的路線，有一個非常明顯(而且相當混亂) 您和另一端的人之間的延遲，這是由以下原因引起的 信號通過導線傳輸所花費的時間。現在，打電話旅行 以各種不同的方式。大多數電話仍然從家中撥打 沿舊式的本地交流 銅 電線 (排列在所謂的 雙絞線).但是呼叫可以在交換機之間以超快、高容量的方式傳輸 光纖電纜. 更遠的距離 呼叫通常在城市中心之間傳輸 使用微波塔(如小型 衛星天線 安裝在高處 建筑物)。國際電話通常在世界各地被退回 使用太空衛星。光纖， 微波塔和衛星 發送和接收電話不是作為電信號，而是作為脈沖 電磁輻射 (光或無線電波)以光速傳播。這就是為什么現代國際電話很多 比以前更快、更便宜、更可靠——以及為什么會有 通話幾乎沒有任何時間滯后。

　　電話交換機有什么作用?

　　我在這篇文章中多次提到電話交換機，但實際上沒有說什么 他們這樣做或他們如何去做。

　　假設你的街道上有五個人，他們都想要 電話，這樣他們就可以互相聊天。如果你有一些烤的 豆罐在手，很容易將它們全部連接起來。每個人都需要一個 與所有其他的連接，但這意味著相當混亂： 每個家庭有四個烤豆罐，四條線延伸到其他建筑物。這不是很好，但我們 可以忍受它。現在假設有五千人 你的村莊和他們都想互相交談。每棟房子 需要 4999 行運行它!或者如果1000萬呢 一個城市里的人想要電話線嗎?你真的有嗎 您家中可容納 1000 萬條電話線?你可以看到這一切 很快變得有點多。

　　藝術品：電話交換機的作用。頂部：如果沒有交換，我們需要一條單獨的線路將每個家庭連接到每個其他家庭：這九個家庭中的每一個都需要八條傳入線路!底部：使用中央交換機，每個家庭只需要一條線路將其連接到交換機，該交換機可以將呼叫路由到所有其他家庭。

　　這就是哪里 電話交換機 請進。而不是每個人 與其他人相連，他們都與他們的 本地交換，并且交換本身連接在一起。 在我們的第一個示例中，四個人只需要一行 每個 - 并且交易所將能夠連接其中的任何一對 一起;在我們的最后一個示例中，1000 萬人將 還 每個只需要一行。但隨著人數的增加，我們 需要添加更多本地交易所，現在我們不只是連接 一個人對另一個人，但一個人，通過他們的本地交換 (以及潛在的一系列交換)到另一個本地交易所，直到我們到達 呼叫的接收方。我們最終得到的是一種蜘蛛網的互連，就像我們的一樣 現代互聯網。任何一條線路和 任何其他：只是一系列可以切換的電路，以便它們 連接在一起撥打電話。這項技術被稱為 電路切換.

　　當有電話的人相對較少時，這很容易 足以讓電話交換機的接線員可以手動操作 通過將引線插入和拔出配電盤來跟蹤呼叫。 但隨著系統規模迅速擴大，人們來到 期待更快的通話，自動電話交換 設備迅速接管。雖然你可能認為電話 是在交易所之前發明的，你錯了。交流是 在貝爾為他的手機申請專利之前的幾年，為電報發明了， 所以可以連接的中央交換局的基本思想 地方一起交換電信息真的來了 第一。

　　誰發明了自動交換?

　　照片：典型 Strowger 電話中的電磁開關單元之一 交換，約1924年。照片由Harris&Ewing提供 美國國會圖書館.

　　貝爾為電話做了什么，堪薩斯城的阿爾蒙·B·斯特羅格(1839-1902)， 密蘇里州為電話交換機做了。據說，他發明了 自動交換開關，因為他正在工作 一個殯儀館，不明白為什么打電話給他的公司 沒有通過;總機上有人在發送 他們反而是競爭對手。必須有更公平的處理方式 他想了想，并立即決定將流程自動化。 這是一個很好的電話，為他贏得了名聲和財富。

　　在他的第一項交換專利中， 美國專利447，918：自動電話交換機，授予 1891 年 3 月 10 日，斯特羅格描述了如何傳統 配電盤可以用具有大量連接的旋轉氣缸代替 它們上的點，可以由 電磁鐵將一個電話電路連接到大約 100 個其他電路。 這稱為分步開關或斯特羅格開關。 它使用的方法，稱為 旋轉撥號，解釋了為什么電話 本身裝有旋轉表盤。當你撥打一個號碼時， 它向交易所發送了小脈沖。 這使得一系列顫動的Strowger開關上升或旋轉一定數量的位置 因此，您的呼叫會自動路由到目的地。(您可以觀看視頻 這發生在下面的鏈接中。

　　藝術作品：Almon Strowger的逐步切換是如何工作的。用于撥打電話的傳入電話線通過黃色支架連接到交換機的藍色部分。撥出電話線(橙色)連接到紅色圓柱體上的小孔。當您撥打號碼時，一系列電磁鐵(綠色)操作杠桿，將開關的藍色部分向上或向下移動，并將紅色圓柱體旋轉到許多位置，以便通過適當的孔將輸入線連接到適當的輸出電路。單個 Strowger 交換機可以處理大約 100 條線路，但將一系列交換機連接在一起可以連接任意數量的線路。藝術品來自 美國專利447，918：自動電話交換機 作者：Almon Strowger，由美國專利商標局提供。

　　雖然呼叫是以電子方式路由的 如今，沿著光纖電纜，斯特羅格的基本技術仍然在 從 1890 年代到 1980 年代左右，廣泛使用了近一個世紀。雖然 與愛迪生、莫爾斯和福特等發明巨頭相比，相對不為人知， 然而，斯特羅格是 20世紀。沒有他，我們可能沒有互聯網; 他發明的電路開關技術最終演變成一種非常不同的技術 向下發送信息的方式，稱為 分組交換哪 就是你現在設法閱讀這些文字的方式!(您可以找到更多相關信息 在我們的文章中關于 互聯網如何運作.

　　誰真發明了電話?

　　"不到五十年前他申請專利的小儀器，當時被嘲笑為笑話，當他去世時，它是世界上每個文明國家使用13，000，000部電話的基礎。

　　電話發明者貝爾博士逝世：《紐約時報》，1922 年 8 月 3 日

　　照片：亞歷山大·格雷厄姆·貝爾。 友情提供 美國國會圖書館.

　　雖然亞歷山大·格雷厄姆·貝爾(1847-1922)是 一般 因發明而受到贊譽 電話，他的故事是一個有爭議的故事。貝爾對 聲音和說話主要是因為他的母親是聾子。他的父親 祖父是著名的聾啞人教學專家，貝爾也是 在以發明家的身份成名之前，他成為了聾人的老師。

　　但其他發明家正在研究制造電話的想法 與貝爾同時。例如，以利沙·格雷(Elisha Gray，1835-1901)為類似的專利申請了專利。 就在貝爾提出自己的專利申請幾個小時后發明。一個 第三位發明家安東尼奧·梅奇(Antonio Meucci，1808-1889)似乎已經開發出 1840年代的電話——比貝爾或格雷早幾年。2002年，他的 當美國國會通過一項法案時，貢獻終于得到認可 為了紀念他。

　　貝爾的專利

　　藝術品：亞歷山大·格雷厄姆·貝爾的原始電話專利。由美國專利商標局提供。

　　貝爾的專利(美國專利174，465：電報) 于 1876 年 2 月 14 日提交，大約三周后(1876 年 3 月 7 日)獲得批準，它描述了對簡單電報(使用塞繆爾·莫爾斯著名的電流沿著一段電線發送消息的方法)的各種改進。對于現代讀者來說，最有趣的部分是圖7，如圖7所示，貝爾解釋了他的設備如何通過“人聲或通過樂器”傳輸信號(換句話說，他的電報如何用作電話)。如果您閱讀了本文的其余部分，您將立即認識到它是如何工作的。簡要：

　　演講者對著喇叭說話。

　　他們的聲音使橫膈膜(一種橫跨喇叭窄端的小緊鼓皮)振動。

　　振動使線圈靠近磁鐵，將機械聲能轉換為波動的電流。

　　電流沿著電線傳播，電線(理論上)可以是任何長度。

　　在接收端，類似的設備逆轉了該過程。電流流入放置在附近的線圈 一塊磁鐵，使線圈來回移動，并推動另一個膜片。

　　振膜延伸到第二個喇叭上，再現了原始聲音。振膜的變窄形狀有助于放大聲音。