我t是那些时刻之一，当 世界永远改变。1876年3月10日，托马斯·沃森(Thomas Watson)盯着一个奇怪的 当他听到电器说出的话时，他说： 创造了历史：“华生先生!过来这里!我想见你! 那三个短短的 感叹号标志着 电话 好好应运而生，多亏了沃森的杰出同事 亚历山大·格雷厄姆·贝尔(1847-1922)。从那一刻起，一个多世纪 以前，电话已成为最常见的电话之一 发明 在世界上。除了处理语音通话外，它还可以帮助我们 发送文档方式 传真 这也是基本的 基础设施，其中 互联网 建成。 电话看起来很简单，但它们到底是什么，它们如何路由我们的电话 世界?让我们仔细看看!

　　照片：电话曾经是笨重而昂贵的设备，直到 移动 手机 从 1980 年代开始流行，总是 固定在适当的位置。当您拨打电话时，您拨打的号码到达了特定地点; 通常，您必须要求与您想要的人交谈，并在他们走向电话时等待。手机 把这一切颠倒过来。现在电话号码不是与地点相关联，而是与人们相关联，他们拿走了他们的手机和电话号码 无论他们走到哪里，甚至从一个国家到另一个国家。

　　从电报到电话

　　你试过吗 制作 锡罐电话 从两个烤豆罐和一根绳子中取出? 它确实有效!不仅如此，它还给出了 您对电话如何传递人们的声音有深刻的了解 地点 地方。通常 听 起来 像看不见的波浪一样在空中传播， 转移 能源 从某事 振动(如鼓皮或 吉他弦来回移动)到我们的耳膜。发送声音 通过空气是可以的 我们想与之交谈的人坐在同一个房间里。但如果 他们在另一栋楼里——甚至是另一个国家——我们需要一个不同的 沟通形式。

　　艺术品：锡罐电话将声音作为振动发送到连接的琴弦上 他们。绳子必须比我在这里画的要紧得多!

　　早在 19 世纪，就在电话发明之前， 另一款电气设备称为 电报机 是通信技术的高度。电报很简单 电路在两个城镇之间延伸数英里，通常 沿着一条铁路线。消息可以来回发送 电报线作为突发 电力. 这是怎么做到的?想 的手电筒。这是一个非常基本的电路：一圈电缆 将灯、开关和电池连接在一起。通常，当 指示灯熄灭，开关已设置，因此会断开电路。该开关是 一种阻止电流流动的“吊桥”。当你轻拂时 开关，你降低吊桥：你去掉断路器 电路，因此来自电池的电子在其周围连续流动，点亮 灯。

　　艺术作品：塞缪尔·莫尔斯演示他的电报：本质上，你打开的电路 或接近以发送编码为电脉冲的消息。 弗兰克·莱斯利插图报纸的艺术作品，1871 年，由 美国国会图书馆、印刷品和照片 划分。

　　假设你可以制作一个绝对巨大的手电筒数百 数英里长。如果将开关部分放在一端，请在“新建”中说 约克城，另一端的灯部分，比如在底特律，你 能 通过轻弹开关在这两个地方之间发送消息，然后 关。你会站在纽约市点击开关，然后其他人 会站在底特律看着灯忽明忽暗。要发送 消息，您需要事先同意特殊代码 所以不同种类的闪光意味着不同的东西。如果你想 真的是 聪明，你可以有两个并排放置的巨大手电筒， 一个用于将消息从纽约市发送到底特律，另一个用于发送消息 以另一种方式发送回回复。你会建造的东西本来是 一种电报。在真正的电报中，不是灯，而是”s a 每次开关时在一端发出咔嗒声的设备(即 被称为 .key) 在 另一端。而两端的人用的是预先安排好的图案 短点击和长点击(“点”和“破折号”)称为 莫尔斯 法典 发送他们的信息。

　　电报彻底改变了通信，但它们很慢， 使用起来相当费力。主要困难之一是人们 在他们能够发送和接收消息之前，必须学习摩尔斯电码; 另一个问题是必须发送和接收消息 在特殊电报局：无法发送它们 直接到你自己家。电话改变了这一切。

　　照片：现代电话从电话线上获取电源， 电池或插入式适配器;在电力变得如此方便和普及之前， 电话用户必须使用内置的手摇式电源为通话产生一些自己的电力 发电机 称为 磁. 这是布法罗峡历史村磁电机手机的早期例子，其历史可以追溯到 19世纪末。照片来自卡罗尔·M·海史密斯(Carol M. Highsmith)的美国项目中的德克萨斯州莉达山照片集， 美国国会图书馆、印刷品和照片 划分。

　　真正的电话就像烤豆罐头电话之间的交叉 和电报。当你在烤豆罐头上“打电话”朋友时 电话，你对着一端的罐子说话，你的声音 声音使罐子振动。然后琴弦将振动传递到 你的朋友拿着的罐子，它也会振动，并产生声音 你的朋友可以听到。与烤豆罐电话不同，你不能 对着电报说话。相反，你 通过轻弹开关将消息作为编码电脉冲发送 然后关闭。假设你可以把这两个想法结合起来：如果你 可以将您的声音变成电信号，从而可以 被带到任何长度的电线上，然后变回声音 其他人可以在另一端听到?这个想法是 亚历山大·格雷厄姆·贝尔(Alexander Graham Bell)发生了——它's 背后的原则 电话。

　　电话的部件

　　电话不仅仅是家里桌子上的东西。 这是一个完整的系统：您那端的听筒，运行的电缆 进墙，一整套通讯设备 (铜 电缆 光纤、微波塔和 卫星) 携带 全国各地的电话信号，一些交换设备使 确保呼叫到达正确的位置，另一端有听筒。

　　让我们考虑一个典型的手机。在顶部， 有一个扬声器，你按在耳朵上。在底部， 有一个 麦克风 你放在嘴边。走出来 听筒，包裹在里面 一根粗的盘绕电缆是两对铜线。一对 是输出：它需要输出电气 从麦克风到电话系统的信号;另一对是 输入：它将来自电话系统的输入信号发送到 扬声器。

　　照片：你真的可以看到麦克风 当我拧开这部古董电话的喉舌时，显然。 请注意，麦克风仅通过两根线连接：一根携带 电进入麦克风;另一个又把它扛了回来。

　　扬声器和麦克风的工作方式相似但相反。 这 麦克风 包含一块柔性 塑胶 称为隔膜，具有 铁 附在其上的线圈和 磁铁 附近。当你对着吹嘴说话时，声音能量在 您的声音使振膜振动，使线圈靠近或 离磁铁更远。这会在线圈中产生电流 这对应于你的声音：如果你大声说话，一个很大的 产生电流;如果你轻声说话，电流会更小。你 可以将麦克风视为能量转换设备：它将 声音中的声能转化为电能。的东西 将能量从一种形式转换为另一种形式称为 传感器. 这 扬声器 在电话中工作 相反的方式：它需要输入电流并使用 磁性 将电能转换回声能 能听见。在一些 电话，扬声器和麦克风单元几乎相同， 只是以相反的方式连接起来。(您可以在我们的 关于 扬声器 和 麦克风.)

　　古董电话里面有什么?

　　他们不像以前那样制作它们!取下古董手机的盖子，你会发现：

　　拨号机制：随着表盘的旋转，它 中断电话和交换机之间的电路，从而创建 拨号脉冲。如果你拨号码“9”，你创建九个脉冲，拨号 “5”，你发出五个脉冲，依此类推。

　　钟声：旧手机其实有真的， 里面有闪亮的金属铃铛，表示来电!摩登 手机有电子蜂鸣器或哔哔声，听起来不太好 好。

　　电磁体：当电话响起时， 这种电控磁铁快速打开和关闭，移动 前面的铃铛之间有一个拍子，让它们响起。它 很高兴看到当你取下盖子时发生这种情况。就像 回到19世纪!

　　倾斜开关机构：这检测 当听筒被抬起或放回时。如果听筒位于 开关，它切断了手机和本地的连接 交换。电路(将交换机连接到电话)仅在您抬起听筒时完成。

　　电路板：所有的小电线 控制手机的不同部分(拨号、倾斜 开关，依此类推)在此电路板上相遇。

　　我在哪里可以买到古董手机?

　　您仍然可以从以下位置找到像这样的手机 英国GPO(邮局)型号 例如 1970 年代在 eBay 上，但有很多假古董 手机周围 - 所以要小心。

　　某些旧手机使用的脉冲拨号在某些手机上不再有效 数字 交换，所以虽然这样的手机需要 来电，他们并不总是拨出电话。 它们在响起时看起来很棒，听起来很棒， 但是与扬声器和麦克风相比，扬声器和麦克风相当粗糙 那些在更现代的手机中，您可能无法使用其中之一 如果您有听力障碍。

　　拨打电话

　　每个人都知道当你打电话时会发生什么：你接听 听筒，拨号，然后等待另一端的人应答。 但是，只是为了改变，让我们从手机的角度考虑一下 视图。

　　1. 拿起听筒

　　拿起听筒时，打开电话电路： 抬起听筒实际上与轻弹开关是一回事 完成手机和本地之间的电路 电话交换机 (一栋充满 当地城镇或城市的电话设备，用于路由您家的所有呼叫)。 我将在本文后面解释电话交换机中发生的情况。

　　2. 拨打号码

　　照片：按钮键盘：像这样的无绳电话听筒就像固定电话和手机之间的交叉。像手机一样，它使用 无线电波 与插入普通固定电话插座的基站通信。它具有相当低功率的无线电发射器，因此它只能在您家和花园的短范围内工作。你可以看到无线 天线 在这张照片中延伸。随着音调拨号(DTMF，下文更详细描述)的发展，按钮电话从 1960 年代开始慢慢开始取代旋转拨号电话。较旧的手机有拨号盘，可以将电流脉冲发送到交换机。脉冲拨号要慢得多，拨号非常容易 没有意识到错误的数字。

　　我们尚未提及的手机的一个重要部分是 按钮 键盘. 我们还在说话 关于“拨打”电话号码，即使几乎没有电话(除了 像上面描述的古董)有旋转 拨打。在其中一部旧电话上，您使用系统拨打号码 叫 脉冲拨号.如果你听 听筒 当您拨号时，您会听到很多点击声，因为 表盘旋转。实际上，拨盘暂时中断了 电流在线路转动时顺着线路流下。快速 它以这种方式产生的脉冲向本地交换指示什么 您要接通的电话号码。现代手机使用不同的系统 叫 音调拨号 (也称为 DTMF，或 双音多频)。当您按下键盘上的数字时，您 听到音符向下而不是咔嗒声。交易所 从手机的音乐声音中识别您想要的号码 使。(拨号音对于电话银行之类的事情也很有用。

　　3. 建立联系

　　照片：1965年，一名女电话接线员坐在总机前。 摄影：Martin Brown 提供 美国宇航局格伦研究 中心(美国宇航局集选区).

　　您已拿起听筒并拨打了号码。现在 Exchange 必须将您的呼叫路由到某人的另一部电话 别人的家。想象一下这是如何工作的。您可以将交易所可视化为 巨大的建筑，成千上万的电线从人们的电线进入其中 家庭。如果 你想把汤姆的手机连接到安的手机，理论上你只需要 做是采取两条电缆通往他们的家和 临时加入他们 一起。在19世纪后期，当手机还相当新的时候， 这几乎就是交易所发生的事情。有人 (通常是女性)称为 总机接线员. 她会拿一个人的电话线，把它物理连接到另一个人的电话线上。 通过将其插入木板上的插座。她可以连接任何 通过切换连接将某人的电话切换到其他人的电话 董事会——这就是为什么它被称为总机。不久之后，这些 手动配电盘被电磁配电盘取代，电磁配电盘可以切换 自动使用 继 电器. 什么时候 晶体管 发明于 1940 年代后期， 配电盘开始变得更小、更快、更高效。今天 配电盘本质上只是计算机或 数字 交流 自动执行所有电话路由 - 但它们本质上仍然工作 与手动配电盘相同：它们直接电气化 从您家中的听筒连接到您所在的手机 叫。

　　4. 对着电话通话

　　一旦您的电话被接听，您就会对着喉舌说话 你的手机。当声带进入时，您的声音会产生声能 你的喉咙振动。声能通过空气传播到 麦克风，并使内部振膜振动。隔膜 将声音中的能量转化为电能，这 电能沿着电话线流下。当它到达 听筒在另一端，它流入扬声器中的 耳机。在那里，电能被转换回声音——并且 你的声音在对方的耳边神奇地重现。 当对方说话时，整个过程是相反的。因为 那里 是双向运行的电线，您既可以说话又可以听 同一时间。

　　总结一下当你用手机给朋友打电话时能量会发生什么：

　　声音中的声能使空气振动。振动的空气将声能带入手机。

　　吹嘴话筒中的振膜将声能转换为电能。

　　电能通过交换机从手机传输到您朋友的手机。

　　您朋友手机的听筒扬声器中的振膜将输入的电能转换回声能。

　　声能从听筒传到朋友的耳朵里。

　　因此，打电话就是将能量从 声音到电，将电带到一根很长的电线上，然后 将电变回声音。但是如果你想打电话 到另一个国家，还涉及一些事情。

　　拨打国际电话

　　曾经，所有的电话都是通过电线从一部电话传到另一部电话的。 这就是为什么长途(有时称为“中继”)通话需要更长的时间 路线和制造成本更高。国际电话接听 很长的路线，有一个非常明显(而且相当混乱) 您和另一端的人之间的延迟，这是由以下原因引起的 信号通过导线传输所花费的时间。现在，打电话旅行 以各种不同的方式。大多数电话仍然从家中拨打 沿旧式的本地交流 铜 电线 (排列在所谓的 双绞线).但是呼叫可以在交换机之间以超快、高容量的方式传输 光纤电缆. 更远的距离 呼叫通常在城市中心之间传输 使用微波塔(如小型 卫星天线 安装在高处 建筑物)。国际电话通常在世界各地被退回 使用太空卫星。光纤， 微波塔和卫星 发送和接收电话不是作为电信号，而是作为脉冲 电磁辐射 (光或无线电波)以光速传播。这就是为什么现代国际电话很多 比以前更快、更便宜、更可靠——以及为什么会有 通话几乎没有任何时间滞后。

　　电话交换机有什么作用?

　　我在这篇文章中多次提到电话交换机，但实际上没有说什么 他们这样做或他们如何去做。

　　假设你的街道上有五个人，他们都想要 电话，这样他们就可以互相聊天。如果你有一些烤的 豆罐在手，很容易将它们全部连接起来。每个人都需要一个 与所有其他的连接，但这意味着相当混乱： 每个家庭有四个烤豆罐，四条线延伸到其他建筑物。这不是很好，但我们 可以忍受它。现在假设有五千人 你的村庄和他们都想互相交谈。每栋房子 需要 4999 行运行它!或者如果1000万呢 一个城市里的人想要电话线吗?你真的有吗 您家中可容纳 1000 万条电话线?你可以看到这一切 很快变得有点多。

　　艺术品：电话交换机的作用。顶部：如果没有交换，我们需要一条单独的线路将每个家庭连接到每个其他家庭：这九个家庭中的每一个都需要八条传入线路!底部：使用中央交换机，每个家庭只需要一条线路将其连接到交换机，该交换机可以将呼叫路由到所有其他家庭。

　　这就是哪里 电话交换机 请进。而不是每个人 与其他人相连，他们都与他们的 本地交换，并且交换本身连接在一起。 在我们的第一个示例中，四个人只需要一行 每个 - 并且交易所将能够连接其中的任何一对 一起;在我们的最后一个示例中，1000 万人将 还 每个只需要一行。但随着人数的增加，我们 需要添加更多本地交易所，现在我们不只是连接 一个人对另一个人，但一个人，通过他们的本地交换 (以及潜在的一系列交换)到另一个本地交易所，直到我们到达 呼叫的接收方。我们最终得到的是一种蜘蛛网的互连，就像我们的一样 现代互联网。任何一条线路和 任何其他：只是一系列可以切换的电路，以便它们 连接在一起拨打电话。这项技术被称为 电路切换.

　　当有电话的人相对较少时，这很容易 足以让电话交换机的接线员可以手动操作 通过将引线插入和拔出配电盘来跟踪呼叫。 但随着系统规模迅速扩大，人们来到 期待更快的通话，自动电话交换 设备迅速接管。虽然你可能认为电话 是在交易所之前发明的，你错了。交流是 在贝尔为他的手机申请专利之前的几年，为电报发明了， 所以可以连接的中央交换局的基本思想 地方一起交换电信息真的来了 第一。

　　谁发明了自动交换?

　　照片：典型 Strowger 电话中的电磁开关单元之一 交换，约1924年。照片由Harris&Ewing提供 美国国会图书馆.

　　贝尔为电话做了什么，堪萨斯城的阿尔蒙·B·斯特罗格(1839-1902)， 密苏里州为电话交换机做了。据说，他发明了 自动交换开关，因为他正在工作 一个殡仪馆，不明白为什么打电话给他的公司 没有通过;总机上有人在发送 他们反而是竞争对手。必须有更公平的处理方式 他想了想，并立即决定将流程自动化。 这是一个很好的电话，为他赢得了名声和财富。

　　在他的第一项交换专利中， 美国专利447，918：自动电话交换机，授予 1891 年 3 月 10 日，斯特罗格描述了如何传统 配电盘可以用具有大量连接的旋转气缸代替 它们上的点，可以由 电磁铁将一个电话电路连接到大约 100 个其他电路。 这称为分步开关或斯特罗格开关。 它使用的方法，称为 旋转拨号，解释了为什么电话 本身装有旋转表盘。当你拨打一个号码时， 它向交易所发送了小脉冲。 这使得一系列颤动的Strowger开关上升或旋转一定数量的位置 因此，您的呼叫会自动路由到目的地。(您可以观看视频 这发生在下面的链接中。

　　艺术作品：Almon Strowger的逐步切换是如何工作的。用于拨打电话的传入电话线通过黄色支架连接到交换机的蓝色部分。拨出电话线(橙色)连接到红色圆柱体上的小孔。当您拨打号码时，一系列电磁铁(绿色)操作杠杆，将开关的蓝色部分向上或向下移动，并将红色圆柱体旋转到许多位置，以便通过适当的孔将输入线连接到适当的输出电路。单个 Strowger 交换机可以处理大约 100 条线路，但将一系列交换机连接在一起可以连接任意数量的线路。艺术品来自 美国专利447，918：自动电话交换机 作者：Almon Strowger，由美国专利商标局提供。

　　虽然呼叫是以电子方式路由的 如今，沿着光纤电缆，斯特罗格的基本技术仍然在 从 1890 年代到 1980 年代左右，广泛使用了近一个世纪。虽然 与爱迪生、莫尔斯和福特等发明巨头相比，相对不为人知， 然而，斯特罗格是 20世纪。没有他，我们可能没有互联网; 他发明的电路开关技术最终演变成一种非常不同的技术 向下发送信息的方式，称为 分组交换哪 就是你现在设法阅读这些文字的方式!(您可以找到更多相关信息 在我们的文章中关于 互联网如何运作.

　　谁真发明了电话?

　　"不到五十年前他申请专利的小仪器，当时被嘲笑为笑话，当他去世时，它是世界上每个文明国家使用13，000，000部电话的基础。

　　电话发明者贝尔博士逝世：《纽约时报》，1922 年 8 月 3 日

　　照片：亚历山大·格雷厄姆·贝尔。 友情提供 美国国会图书馆.

　　虽然亚历山大·格雷厄姆·贝尔(1847-1922)是 一般 因发明而受到赞誉 电话，他的故事是一个有争议的故事。贝尔对 声音和说话主要是因为他的母亲是聋子。他的父亲 祖父是著名的聋哑人教学专家，贝尔也是 在以发明家的身份成名之前，他成为了聋人的老师。

　　但其他发明家正在研究制造电话的想法 与贝尔同时。例如，以利沙·格雷(Elisha Gray，1835-1901)为类似的专利申请了专利。 就在贝尔提出自己的专利申请几个小时后发明。一个 第三位发明家安东尼奥·梅奇(Antonio Meucci，1808-1889)似乎已经开发出 1840年代的电话——比贝尔或格雷早几年。2002年，他的 当美国国会通过一项法案时，贡献终于得到认可 为了纪念他。

　　贝尔的专利

　　艺术品：亚历山大·格雷厄姆·贝尔的原始电话专利。由美国专利商标局提供。

　　贝尔的专利(美国专利174，465：电报) 于 1876 年 2 月 14 日提交，大约三周后(1876 年 3 月 7 日)获得批准，它描述了对简单电报(使用塞缪尔·莫尔斯著名的电流沿着一段电线发送消息的方法)的各种改进。对于现代读者来说，最有趣的部分是图7，如图7所示，贝尔解释了他的设备如何通过“人声或通过乐器”传输信号(换句话说，他的电报如何用作电话)。如果您阅读了本文的其余部分，您将立即认识到它是如何工作的。简要：

　　演讲者对着喇叭说话。

　　他们的声音使横膈膜(一种横跨喇叭窄端的小紧鼓皮)振动。

　　振动使线圈靠近磁铁，将机械声能转换为波动的电流。

　　电流沿着电线传播，电线(理论上)可以是任何长度。

　　在接收端，类似的设备逆转了该过程。电流流入放置在附近的线圈 一块磁铁，使线圈来回移动，并推动另一个膜片。

　　振膜延伸到第二个喇叭上，再现了原始声音。振膜的变窄形状有助于放大声音。