전화
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1. 개요
전화는 음성 신호를 전기 신호로 변환하여 통신하는 장치로, 역사는 1849년 안토니오 메우치가 개발한 텔레트로포노에서 시작되었다. 알렉산더 그레이엄 벨이 1876년 전기 전화에 대한 특허를 받았으며, 2002년 미국 의회는 메우치를 최초 발명가로 인정했다. 전화기는 송화기, 수화기, 전화 교환기, 전송 케이블 등으로 구성되며, 유선 전화, 무선 전화, 휴대 전화, 위성 전화, 인터넷 전화 등 다양한 종류가 있다. 한국에는 1882년 청나라 유학생이 전화기를 처음 도입했으며, 1896년 덕수궁에 설치되어 고종이 사용했다.
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| 전화 | |
|---|---|
| 지도 | |
| 기본 정보 | |
| 종류 | 통신 장치 |
| 어원 | 그리스어 'τῆλε'(tēle, 멀리) + 'φωνή'(phōnē, 소리) |
| 발명 | 알렉산더 그레이엄 벨 (일반적으로 인정) |
| 기술 정보 | |
| 통신 방식 | 전기 신호 변환 및 전송 |
| 작동 원리 | 송화기와 수화기를 이용한 음성 전달 |
| 역사 | |
| 최초 발명 | 알렉산더 그레이엄 벨 (1876년) |
| 초기 모델 | 수동식 교환기 사용 |
| 발전 | 자동식 교환기 및 디지털 기술 도입 |
| 현대적 활용 | |
| 주요 사용 | 음성 통화, 문자 메시지, 데이터 통신 |
| 종류 | 유선 전화, 무선 전화, 스마트폰 |
| 관련 기술 | 인터넷, 이동통신, VoIP |
| 기타 | |
| 주요 기능 | 음성 통화, 연락처 관리, 부가 서비스 |
| 규격 | 국가별 및 통신사별 상이 |
| 사회적 영향 | 개인 및 사회적 관계 변화 |
2. 역사
1882년 청나라 톈진 유학생 상운(尙雲)이 귀국하면서 한국 최초의 전화기와 전선 100m를 가져왔다.[51] 1893년 11월 조선 정부는 지금의 세관에 해당하는 총해관(總海關)에 "일본 동경에서 구입해 들여오는 전화기와 전료(전화기 재료) 등을 면세하라."는 공문을 내렸다는 기록이 남아 있다.
1896년 덕수궁에 자석식 전화기가 설치되어 고종이 사용하였으며, 주요 관아와 인천까지 개통되었다. 고종은 을미사변으로 시해된 명성황후에 대한 복수로 일본인을 살해하여 사형선고를 받은 김구의 사형 집행을 전화로 중지시켰다.[51] 또한 고종은 명성황후의 유해가 안장된 홍릉에 매일 아침 전화를 걸어 사별한 부인을 그리워했다고 한다. 현재 남아있는 최초의 통화 기록은 1898년 1월 24일(광무 2년)으로 그 내용은 “외국 함대가 나타났다”였다.[51]
1902년 3월, 서울과 인천 사이에 일반인들이 사용할 수 있는 공중전화가 개설되었다. 이후 대한제국 정부는 서울-개성, 개성-평양, 서울-수원 등으로 전화 통화권을 확대했다. 그러나 1905년 4월, 대한제국의 통신 사업권이 일본에 넘어가면서 전화 보급은 중단되었다.
2. 1. 세계의 전화기 역사
최초의 불안정한 전화기 모델은 전기 파동신호를 이용한 것으로, 1849년 쿠바 아바나에서 이탈리아인 안토니오 메우치에 의해 개발되었다.[4] 현재 사용되는 안정화된 전화기 모델은 1876년 알렉산더 그레이엄 벨에 의해 처음 고안되었으며, 1878년 매사추세츠 보스턴에 처음으로 전화 교환국이 설립되었다. 이후 100년이 넘는 오랜 세월동안 최초 발명자가 알렉산더 그레이엄 벨인 것으로 알려져 있었으나, 2002년 미국 의회는 최초의 전화기 발명자를 안토니오 메우치로 공식 인정하였다. 당시 그는 자금이 부족해 발명 사실을 세상에 알릴 수 없었고, 이미 그는 병으로 몸져 누운 상태였다. 한편 그는 1849년 이것을 발명할 당시 '텔레트로포노(teletrofono)'라고 불렀다.[4] 알렉산더 그레이엄 벨은 특허 출원 도중 같은 전화를 출원하려는 사람이 같은 날에 특허 출원을 하여 위기가 찾아왔으나 그레이엄 벨이 두 시간 더 빨라 최초의 발명자로 인정을 받게 되었다.
전기 전화가 개발되기 전, "전화기(telephone)"라는 용어는 다른 발명품에도 적용되었으며, 모든 초기 전기 장치 연구자들이 이 용어를 사용한 것은 아니다. 아마도 통신 시스템에 대한 이 단어의 가장 초기 사용은 1796년 고트프리트 후트가 만든 "텔레폰(telephon)"일 것이다. 후트는 클로드 샤프의 광학식 전신에 대한 대안으로 신호탑의 작업자들이 "말하는 관(speaking tubes)"이라고 부르는 것, 즉 현재의 거대한 메가폰을 통해 서로 소리칠 것을 제안했다.[5] 1844년 존 테일러 선장은 항해 선박을 위한 통신 장치인 "전화기(telephone)"를 발명했다. 이 장치는 안개 낀 날씨에 선박과 통신하기 위해 네 개의 에어혼을 사용했다.[6][7]
요한 필립 라이즈는 1860년경 그의 발명품인 일반적으로 라이즈 전화기로 알려진 것과 관련하여 이 용어를 사용했다. 그의 장치는 소리를 전기적 임펄스로 변환하는 최초의 장치로 보인다.
"전화기(telephone)"라는 용어는 많은 언어의 어휘에 채택되었다. 이는 τῆλεel, ''tēle'', "먼"과 φωνήel, ''phōnē'', "소리"에서 유래하여 "먼 곳의 소리"를 의미한다.
전기 전화 발명의 공로는 종종 논쟁의 대상이 된다. 라디오, 텔레비전, 백열전구, 컴퓨터와 같은 다른 영향력 있는 발명과 마찬가지로, 여러 발명가들이 "전선을 통한 음성 전송"에 대한 실험 작업을 개척하고 서로의 아이디어를 개선했다. 이 문제에 대한 새로운 논쟁은 때때로 계속해서 발생한다. 샤를 부르솔, 안토니오 메우치, 요한 필립 라이즈, 알렉산더 그레이엄 벨, 엘리샤 그레이 등이 전화기 발명의 공로를 인정받았다.[8][9]
알렉산더 그레이엄 벨은 1876년 3월 미국 특허청(USPTO)으로부터 전기 전화에 대한 특허를 받은 최초의 사람이었다.[10] 벨의 특허 이전에 전화기는 전신과 유사한 방식으로 소리를 전송했다. 이 방법은 진동과 회로를 사용하여 전기 펄스를 보냈지만 중요한 기능이 부족했다. 벨은 이 방법이 간헐적인 전류를 통해 소리를 생성한다는 것을 알았지만, 전화기가 작동하려면 변동 전류가 소리를 가장 잘 재현해야 한다는 것을 알게 되었다. 변동 전류는 작동하는 전화기의 기반이 되어 벨의 특허를 만들었다.[11] 벨의 최초 특허는 전화기의 "마스터 특허"였으며, 다른 전기 전화 장치 및 기능에 대한 특허가 이로부터 파생되었다.[12]
1876년, 벨의 특허 출원 직후, 헝가리 엔지니어 티바다르 푸슈카스는 전화 교환국과 결국 네트워크의 형성을 가능하게 한 전화 교환기를 제안했다.[13]
영국에서는 "블로어(the blower)"가 전화기의 속어로 사용된다. 이 용어는 해군 속어에서 말하는 관을 가리키는 용어에서 유래했다.[14] 미국에서는 다소 오래된 속어로 "혼(the horn)"이라는 용어가 전화기를 가리킨다. 예를 들어, "나는 그에게 전화를 걸 수 없었다(I couldn't get him on the horn)," 또는 "나는 잠시 후 전화를 끊겠다(I'll be off the horn in a moment)."와 같이 사용된다.[15]
- 1844년: 인노첸초 만체티(Innocenzo Manzetti)가 최초로 "말하는 전신"(speaking telegraph) 또는 전화의 아이디어를 제시함. "말하는 전신"과 "소리 전신"이라는 명칭은 결국 더 새롭고 명확한 명칭인 "전화"로 대체됨.
- 1854년 8월 26일: 샤를 부르솔(Charles Bourseul)이 잡지 ''릴뤼스트라시옹''(L'Illustration)(파리)에 "전기적 음성 전송"(Transmission électrique de la parole)이라는 제목의 기사를 발표하여, 나중에 요한 라이스가 만든 "개폐식"(make-and-break) 전화 송신기를 설명함.
- 1861년 10월 26일: 요한 필립 라이스(Johann Philipp Reis)(1834~1874)가 프랑크푸르트 물리학회에서 라이스 전화기(Reis telephone)를 공개적으로 시연함.[9] 전자 신호를 통해 음성을 전송한 최초의 장치이며, 최초의 현대식 전화기였음.[17][18] 라이스는 용어도 만들었음.[19] 그는 전화기를 사용하여 "말은 오이 샐러드를 먹지 않는다"(Das Pferd frisst keinen Gurkensalat)라는 구절을 전송함.
- 1865년 8월 22일, ''라 푀유 다오스트''(La Feuille d'Aoste)는 "만체티가 전신선을 통해 말하는 단어를 전송하는 방법을 보여준 영국 기술자들이 여러 사설 전신선에 해당 발명품을 적용할 의향이 있다는 소문이 있다"고 보도함. 그러나 전화기는 벨의 전화기 세트가 등장한 1876년까지 영국에서 시연되지 않음.
- 1871년 12월 28일: 안토니오 메우치(Antonio Meucci)가 미국 특허청에 "소리 전신"(Sound Telegraph)이라는 제목의 특허 개요(번호 3335)를 제출하여, 전선을 통해 두 사람 간에 음성을 통신하는 방법을 설명함. 특허 개요는 발명에 대한 특허 수여가 아니라, 개인이 향후 특허 출원을 할 의사가 있음을 알리는 미검증된 통지에 불과함.
- 1874년: 메우치는 2년 동안 특허 개요를 갱신한 후 다시 갱신하지 않아 특허 개요가 만료됨.
- 1875년 4월 6일: 벨의 미국 특허 161,739 "전기 전신용 송신기 및 수신기"가 허가됨. 이 특허는 개폐 회로에서 여러 개의 진동하는 강철 갈대를 사용함.
- 1876년 2월 11일: 엘리샤 그레이(Elisha Gray)가 전화기에 사용할 액체 송신기를 발명하지만 제작하지는 않음.
- 1876년 2월 14일: 그레이가 전신 회로를 통해 인간의 목소리를 전송하는 특허 개요를 제출함.
- 1876년 2월 14일: 알렉산더 그레이엄 벨(Alexander Graham Bell)이 현재 진폭 변조(진동 전류 및 전압)라고 불리는 것을 사용하는 전자기 전화에 대한 "전신 개선" 특허를 신청하지만, 그는 "파동 전류"(undulating current)라고 지칭함.
- 1876년 2월 19일: 그레이가 미국 특허청으로부터 그의 특허 개요와 벨의 특허 출원 간의 충돌을 통보받음. 그레이는 그의 특허 개요를 포기하기로 결정함.
- 1876년 3월 7일: 벨의 미국 특허 174,465 "전신 개선"이 허가되어, "…음성 또는 기타 소리를 전신으로 전송하는 방법 및 장치…즉, 상기 음성 또는 기타 소리에 수반되는 공기의 진동과 유사한 형태의 전기적 파동을 발생시키는 것"을 다룸.
- 1876년 3월 10일: 벨이 자신의 장치에 대고 "왓슨 씨, 여기로 오세요. 당신을 보고 싶습니다."라고 말했을 때 액체 송신기를 사용하여 명확한 음성을 최초로 성공적으로 전송함. 왓슨은 각 단어를 또렷하게 들었음.
- 1877년 1월 30일: 벨의 미국 특허 186,787이 영구 자석, 철판 진동판 및 호출 벨을 사용하는 전자기 전화에 대해 허가됨.
- 1877년 4월 27일: 토마스 에디슨(Thomas Edison)이 탄소(흑연) 송신기에 대한 특허 출원을 제출함. 소송으로 인해 15년의 지연 끝에 1892년 5월 3일에 474,230번으로 발표됨. 에디슨은 1879년 탄소 과립 송신기에 대한 특허 222,390을 받음.
초기 전화기는 기술적으로 다양했다. 어떤 것은 수중 마이크로폰을 사용했고, 어떤 것은 영구 자석 주위에 감긴 전자석에 전류를 유도하는 금속 진동판을 사용했으며, 어떤 것은 다이나믹 방식이었다. 즉, 진동판이 영구 자석의 자기장 내에서 코일을 진동시키거나 코일이 진동판을 진동시켰다. 음향 구동 다이나믹 방식은 자체 전력 생성 능력이 중요했던 군사 및 해양 분야에서 20세기 내내 소량으로 사용되었다. 하지만 대부분은 에디슨/베를리너 탄소 마이크를 사용했는데, 이것은 다른 종류보다 훨씬 소리가 컸다. 비록 회선의 임피던스와 호환되도록 인덕션 코일(임피던스 정합)이 필요했지만 말이다. 에디슨 특허는 네트워크가 장비보다 더 중요해진 20세기까지 벨의 독점을 유지하는 데 기여했다.
초기 전화기는 다이나믹 트랜스미터를 사용하거나 지역 배터리로 트랜스미터에 전력을 공급하는 등 지역적으로 전력을 공급받았다. 옥외 설비 담당자의 업무 중 하나는 배터리를 정기적으로 점검하기 위해 각 전화기를 방문하는 것이었다. 20세기 동안 음성 신호를 전달하는 것과 같은 전선을 통해 전화 교환기에서 전력을 공급받는 전화기가 일반화되었다.
초기 전화기는 가입자 회선에 단일 전선을 사용했고, 회로를 완성하기 위해 접지 회귀를 사용했다(전신에서 사용하는 방식). 최초의 다이나믹 전화기도 소리에 대한 단일 포트 개구부만 있었고, 사용자는 같은 구멍에 번갈아 가며 귀를 대고 말(혹은 소리침)을 했다. 때로는 양쪽 끝에 장비를 쌍으로 작동시켜 대화를 더 편리하게 만들었지만 비용도 더 많이 들었다.
처음에는 전화 교환기의 이점이 활용되지 않았다. 대신 전화기는 가입자에게 쌍으로 임대되었고, 가입자는 예를 들어 집과 상점 사이에 회선을 구축하기 위해 전신 계약자와 계약을 맺어야 했다. 여러 다른 장소와 통화할 수 있는 기능을 원하는 사용자는 3~4쌍의 전화기를 구입하고 설치해야 했다. 이미 전신 교환기를 사용하고 있던 웨스턴 유니온은 뉴욕시와 샌프란시스코의 전화기에 이 원칙을 빠르게 확장했고, 벨도 그 잠재력을 빨리 인식했다.
신호는 적절하게 원시적인 방식으로 시작되었다. 사용자는 트랜스미터에 휘파람을 불어 다른 쪽 끝이나 교환 운영자에게 알렸다. 교환 운영으로 인해 전화기에는 종이 벨 박스에 장착되고, 처음에는 두 번째 전선을 통해 작동되다가 나중에는 같은 전선을 통해 작동되었지만, AC 링거 신호는 통과시키면서 DC는 차단(전화를 "온 후크" 상태로 유지)하는 축전기(커패시터)가 벨 코일과 직렬로 연결되었다. 최초의 스트로거 스위치 자동 교환기에 연결된 전화기에는 나이프 스위치용 하나, 각 전신 키용 하나, 벨용 하나, 푸시 버튼용 하나, 통화용 두 개 등 총 7개의 전선이 있었다. 20세기 초의 대형 벽걸이 전화기에는 일반적으로 벨이 통합되어 있었고, 책상 전화기용 별도의 벨 박스는 20세기 중반에 사라졌다.
공용 배터리 교환기에 연결되지 않은 시골 지역 및 기타 전화기에는 다른 전화기의 벨을 울리고 운영자에게 알리기 위해 고전압 교류 신호를 생성하는 마그네토 손 크랭크 발전기가 있었다. 주요 네트워크에 연결되지 않은 일부 지역 농촌 지역 사회는 기존의 울타리 시스템을 활용하여 신호를 전송하는 가시 철조망 전화선을 설치했다.
1890년대에 새로운 소형 전화기가 3개의 부분으로 구성되어 출시되었다. 송화기는 받침대 위에 있었는데, 모양 때문에 "캔들스틱"이라고 불렸다. 사용하지 않을 때는 수화기가 스위치가 있는 걸이에 걸려 있었는데, 이를 "스위치 후크"라고 했다. 이전 전화기는 사용자가 음성 또는 벨을 연결하기 위해 별도의 스위치를 작동해야 했다. 새로운 종류의 전화기에서는 사용자가 전화기를 "후크에서 벗어나게" 두는 일이 줄어들었다. 마그네토 교환기에 연결된 전화기의 경우 벨, 인덕션 코일, 배터리 및 마그네토는 별도의 벨 박스 또는 "벨 박스"에 있었다.[20] 공용 배터리 교환기에 연결된 전화기의 경우 배터리나 마그네토가 필요하지 않았기 때문에 벨 박스는 책상 아래나 다른 눈에 띄지 않는 곳에 설치되었다.
이 시기에 크래들 디자인도 사용되었는데, 수화기와 송화기가 부착된 손잡이(현재 핸드셋이라고 함)가 있었고, 마그네토 크랭크 및 기타 부품이 들어 있는 크래들 베이스와 분리되어 있었다. "캔들스틱"보다 크고 더 인기가 많았다.
다른 전화기와의 잡음 및 인근 AC 전력선으로 인한 험과 같은 단일 전선 작동의 단점으로 인해 이미 트위스트 페어가 사용되었고, 장거리 전화의 경우 4선식 회로가 사용되었다. 20세기 초 사용자는 자신의 전화기로 장거리 통화를 하지 않았고, 전화 교환원의 도움을 받아 약속을 잡고 연결되었다.[21]
가장 인기 있고 오랫동안 지속된 전화기의 물리적 스타일은 20세기 초에 도입되었는데, 여기에는 벨의 202형 책상 세트가 포함된다. 탄소 입자 송화기와 전자기 수화기가 단일 성형 플라스틱 손잡이에 통합되었고, 사용하지 않을 때는 기본 장치의 크래들에 고정되었다. 모델 202의 회로도는 송화기가 회선에 직접 연결되어 있음을 보여주는 반면, 수화기는 유도적으로 결합되어 있었다. 지역 루프가 교환기에서 충분한 전류를 제공하기에 너무 길 경우 지역 배터리 구성에서 송화기는 지역 배터리에 의해 전력이 공급되고 유도적으로 결합된 반면, 수화기는 지역 루프에 포함되었다.[22] 결합 트랜스포머와 링거는 가입자 세트라고 하는 별도의 인클로저에 장착되었다. 베이스의 다이얼 스위치는 각 자릿수에 대해 1~10회 반복해서 매우 짧게 회선을 연결 해제하여 회선 전류를 차단했고, 후크 스위치(회로도 중앙)는 핸드셋이 크래들에 있는 동안 회선과 송화기 배터리를 연결 해제했다.
1930년대에는 벨과 인덕션 코일을 책상 세트와 결합하여 별도의 링거 박스를 없앤 전화기 세트가 개발되었다. 1930년대에 많은 지역에서 회전 다이얼이 일반화되면서 고객이 직접 다이얼하는 서비스가 가능해졌지만, 일부 마그네토 시스템은 1960년대까지도 남아 있었다. 20세기 중반 이후 전화 네트워크는 빠르게 확장되었고, 미국에서는 모델 500 전화기와 같이 중앙국을 중심으로 더 큰 지역 네트워크를 허용하는 더 효율적인 전화기가 개발되었다. 획기적인 새로운 기술은 1963년 미국 전화전신회사(AT&T)가 푸시 버튼 전화기를 사용하여 터치톤 신호를 도입한 것이다.[23]
2. 2. 한국의 전화기 도입 역사
1882년 청나라 톈진 유학생 상운(尙雲)이 귀국하면서 한국 최초의 전화기와 전선 100m를 가져왔다.[51] 1896년 덕수궁에 자석식 전화기가 설치되어 고종이 사용하였으며, 주요 관아와 인천까지 개통되었다. 고종은 을미사변으로 시해된 명성황후에 대한 복수로 일본인을 살해하여 사형선고를 받은 김구의 사형집행을 전화로 중지시켰다.[51] 또한 고종은 명성황후의 유해가 안장된 홍릉에 매일 아침 전화를 걸어 사별한 부인을 그리워했다고 한다.1902년 3월, 서울과 인천 사이에 일반인들이 사용할 수 있는 공중전화가 개설되었다. 이후 대한제국 정부는 서울-개성, 개성-평양, 서울-수원 등으로 전화 통화권을 확대했다. 그러나 1905년 4월, 대한제국의 통신사업권이 일본에 넘어가면서 전화 보급은 중단되었다.
3. 기본 원리 및 구조
전화기는 마이크로폰과 스피커, 벨, 키패드 또는 회전식 다이얼 등으로 구성된다. 전화기는 트위스티드 페어 선을 통해 신호와 음성 정보를 처리한다. 신호 처리 장비는 벨과 전화번호 입력을 위한 숫자반(다이얼)으로 구성된다. 전화 교환기는 직류를 감지하여 발신음을 내보내고, 사용자는 전화 단추를 눌러 DTMF 발신음을 생성한다.
19세기 말~20세기 초 전화기는 송화기가 본체에 부착되고, 별도의 수화기를 귀에 대는 방식이었다. 1930년대부터 송화기와 수화기가 통합된 송수화기 방식이 주류가 되었다. 전화기 본체와 수화기는 나선형 코드(칼 코드)로 연결되지만, 무선 연결 방식도 있다. 업무용으로는 헤드셋을 연결하여 사용하기도 한다.
20세기 중반까지 전화기 회로는 기계식 릴레이와 수동 소자로 구성되었다. 후크 스위치의 작동으로 전화 회선 극성을 변화시켜 전화 교환기가 회선 연결 및 차단을 판별했다. 20세기 후반부터는 반도체 소자가 전화기에 사용되기 시작했다.
유선전화는 전화선(구리선)으로 전화국 및 전화망에 연결되며, 이동식 전화는 무선 (전파)으로 사업자 기지국 및 전화망에 연결된다. 무선전화는 본체와 휴대기로 나뉘며, 본체는 유선으로, 휴대기는 본체와 무선으로 연결된다.
전화 교환기로부터 전원 공급만으로 작동하는 기본 기능은 다음과 같다.
- 상대방 전화번호 입력 및 전화 교환기에 전달.
- 전화 교환기로부터의 호출 감지 및 벨소리 알림.
- 송화기로 음성을 전기 신호로 변환하여 증폭 후 전화 교환기로 전송, 수화기로 신호를 음성으로 변환.
- 종료 신호를 전화 교환기에 전달.
3. 1. 기본 원리
전화기는 사용자의 목소리를 전기 신호로 변환하는 마이크로폰과 전기 신호를 물리적인 소리로 변환하는 스피커, 전화가 걸려왔음을 알리는 벨, 전화번호를 입력하는 장치(키패드 또는 회전식 다이얼) 등으로 구성된다.[47] 음성 신호를 전기 신호로 바꾸는 송화기에는 탄소 송화기와 포일일렉트렉 축전기 마이크로폰이 있다.
- 탄소 송화기: 탄소 알갱이가 들어 있는 탄소통과 진동판으로 구성된다. 음성이 닿으면 진동판이 진동하여 탄소 알갱이를 누르는 힘이 변하고, 이에 따라 흐르는 전류(음성 전류)가 변한다.
- 포일일렉트렉 축전기 마이크로폰: 한쪽에 금속을 입힌 얇은 플라스틱 진동판을 사용하며, 정전기를 띤다. 진동판과 백플레이트(backplate) 사이의 전기장 세기가 진동판의 진동에 따라 변하며, 이 전기장 세기가 음성 전류가 되어 전달된다.
수화기는 상대방 송화기와 전화선을 거쳐 보내온 음성 전류를 다시 음성 신호로 바꾸는 역할을 한다. 영구 자석과 전자석, 그리고 얇은 연철로 된 진동판으로 구성된다. 음성 전류가 전자석의 코일에 흐르면 전자석의 세기가 변하고, 진동판을 끌어당기는 힘의 변화에 따라 진동판이 진동하여 소리가 난다.
전화 교환기는 전화 간의 연결을 담당한다.
- 수동식 교환기: 전화 교환원이 손으로 직접 케이블을 꽂아 연결하는 방식이다.
- 자동식 교환기: 컴퓨터가 전자 스위치를 조작하여 연결하는 방식이다. 전화번호를 누를 때 발생한 전류가 전화선을 통해 교환국으로 전달되고, 전화국의 스위치가 이 번호의 신호를 인식하여 해당 신호의 전화를 연결한다.[24]
- 아날로그 스위치: 전류를 아날로그 형태 그대로 전화망으로 보낸다. 구조는 간단하지만, 전류가 약해지면서 신호 간섭이 발생한다.
- 디지털 스위치: 전류를 디지털 형태로 변환하여 전화망으로 보낸다. 구조는 복잡하지만, 전송 중 신호 왜곡이 적다.
전화 연결에 사용되는 전송 케이블은 구리선 케이블과 광 케이블이 사용된다.
마이크로파를 이용한 공중 전송 방식도 있으며, 넓은 대륙 간 통신에 이용된다. 인공 위성을 이용하여 마이크로파를 대양 건너까지 전송하기도 한다.
3. 2. 전화 교환기
전화 교환기는 전화 가입자 간의 연결을 담당하는 장치이다. 초기에는 사람이 직접 신호를 받아 상대방의 전화기를 연결하는 수동식 교환기가 사용되었으나, 이후 자동식 교환기로 대체되었다. 자동식 교환기는 다이얼식과 버튼식으로 구분되며, 현재는 버튼식 전화기가 널리 사용된다.| 구분 | 설명 |
|---|---|
| 자석식 | 전화기마다 통화에 필요한 전지와 교환대를 부르는 데 사용하는 자석 발전기로 구성되어 있으며, 이 자석 발전기를 돌려 신호를 보내 연결하는 가장 초기에 나온 연결 방식이다. |
| 공전식 | 자석식에 쓰이는 전지를 교체해야 하는 불편함과 발전기 고장 문제를 해결하기 위해, 전화국에 통화에 필요한 전지와 호출용 신호 발생 장치를 설치하여 공동으로 사용하는 방식이다. |
| 다이얼식 | 1980년대까지 널리 이용된 방식으로, 원판에 0에서 9까지의 번호가 적힌 구멍이 있어, 해당 번호의 구멍에 손가락을 넣어 돌렸다 놓으면 일정한 전기 펄스가 발생하여 전화통신망 컴퓨터가 이를 감지해 연결한다. |
| 버튼식 | 오늘날 널리 이용되는 방식으로, 0에서 9까지의 숫자와 *, # 버튼을 눌러 발생하는 전기 펄스 또는 소리를 전화통신망 컴퓨터가 감지하여 연결한다. |
수동식 교환기는 전화 교환원이 직접 케이블을 꽂아 연결하는 방식이었으나, 자동식 교환기는 컴퓨터가 전자 스위치를 조작하여 연결하는 방식을 사용한다. 자동식 교환기는 전화번호를 누를 때 발생한 전류가 전화선을 통해 교환국으로 전달되고, 전화국의 스위치가 이 신호를 인식하여 연결한다.
자동식 교환기에 사용되는 스위치 시스템은 초기엔 아날로그 스위치가 사용되었으나, 오늘날에는 디지털 스위치가 사용된다.
| 구분 | 설명 |
|---|---|
| 아날로그 스위치 | 전류를 아날로그 형태 그대로 전화망으로 보내는 방식으로, 구조는 간단하지만 전송 도중 전류가 약해져 지속적인 증폭이 필요하고, 이 과정에서 신호 간섭이 발생한다. |
| 디지털 스위치 | 전류를 디지털 형태로 변환하여 전화망으로 보내는 방식으로, 구조는 복잡하지만 전송 도중 전류가 약해져도 구조 변형 염려가 적다. |
전화 연결에는 구리선 케이블과 광 케이블이 사용된다. 구리선 케이블은 전기가 잘 통하는 구리를 이용한 것이고, 광 케이블은 광섬유를 이용해 디지털 신호를 빛의 깜빡거림으로 변환하여 전달하고, 다시 빛을 인식하여 디지털 신호로 바꾸는 방식이다.
전송 케이블 외에 마이크로파를 이용해 공중에서 전송하는 방식도 있으며, 넓은 대륙간 통신에 이용된다. 전화 신호를 중계국에서 받아 파라볼라 안테나를 통해 보내고 다음 중계국에서 받는 방식이며, 인공 위성을 이용하여 마이크로파를 대양 건너까지 전송하기도 한다.
3. 3. 송화기
전화에서 음성 신호를 전기 신호로 바꾸는 역할을 하는것은 송화기이다. 송화기는 크게 탄소 송화기와 포일일렉트렉(foil-electret) 축전기 마이크로폰으로 나뉜다.
탄소 송화기 안에는 탄소 알갱이가 들어 있는 탄소통과 그 전면에 알루미늄 등의 얇고 가벼운 금속판으로 된 진동판이 있다. 송화기 속에 음성이 닿으면, 강약에 따라 진동판이 진동하여 탄소 알갱이를 누르는 힘이 변한다. 이 누르는 힘에 따라 전극간의 흐르는 전류가 변화하는데, 이를 음성 전류라고 한다. 이 음성 전류는 전화 교환기를 거치고 전화선을 통하여 상대방의 수화기로 전달된다.
포일일렉트렉 축전기 마이크로폰은 포일일렉트렉이라 부르는 진동판을 사용하는데, 한 쪽에 금속을 입힌 얇은 원형의 플라스틱으로 되어 있으며, 정전기를 띄고 있다. 이 진동판의 반대편에는 속이 빈 금속 원판으로 된 백플레이트(backplate)가 있는데, 진동판의 일부분만이 백플레이트와 직접적으로 닿아 있고, 그 외의 부분은 공기주머니를 통하여 백플레이트와 직접적으로 닿지 않는다. 진동판과 백플레이트 사이에는 전기장이 형성되며, 진동판과 백플레이트 사이의 거리에 따라 전기장의 세기가 달라진다. 음성이 닿으면 진동판이 공기주머니 안에서 진동하는데, 이 때 진동판의 진동 세기에 따라 진동판과 백플레이트 사이의 거리 간에 발생하는 전기장의 세기가 변하게 된다. 이 전기장의 세기는 음성 전류가 되어 전달된다.
3. 4. 수화기
수화기는 영구 자석과 그 끝에 코일을 감은 전자석이 있고, 그 앞에 얇은 연철로 된 진동판으로 구성된다. 전자석 코일에 전류가 흐르면 발생하는 전류가 양방향으로 흐르며, 어느 방향으로 흐르냐에 따라 영구 자석이 진동판을 당기는 힘에 변화가 생긴다. 음성 전류가 전자석 코일에 흐르면 음성 전류에 따라 전자석의 세기가 변화하며, 이것이 진동판을 당기는 힘의 크기에 따라 진동판이 진동하면서 소리가 나게 된다.[24]4. 전화기의 종류
'''휴대 전화'''는 무선 전송으로 이동통신망에 연결되는 휴대용 전화기이다. 이동통신망은 기지국과 글로벌 통신 네트워크 인프라로 구성된다.[38] 1979년 아날로그 이동통신망을 시작으로, 1990년대 초 GSM 표준의 디지털 이동통신망으로 발전했다.[39] 이후 2G, 3G, 4G 등 세대별로 데이터 전송 및 이동 통신 기능이 향상되었다.
휴대 전화는 SIM 카드를 통해 사용자를 식별하고 인증한다. SIM 카드는 국제 이동 가입자 식별 번호(IMSI) 등의 정보를 저장한다. 휴대 전화는 LCD 또는 OLED 디스플레이를 갖추고 있으며, 스마트폰은 터치 스크린을 사용한다. SMS(단문 메시지 서비스), 멀티미디어 메시징 서비스(MMS), 카메라, 음악 플레이어, 게임, 인터넷 등의 기능이 추가되었고, 운영 체제가 필요하게 되었다. 과거에는 심비안, 팜 OS, 블랙베리 OS 등이 인기 있었으며, 2022년 현재는 안드로이드와 iOS가 가장 많이 사용된다.[40][41]
노키아, 모토로라, 에릭슨과 같은 통신 장비 업체들이 주로 제조했으나, 스마트폰 등장 이후 애플, 삼성, 샤오미 등 가전 업체들도 휴대 전화 제조에 참여하고 있다.[41]
4. 1. 유선 전화
'''유선 전화'''는 전화선을 통해 통신하는 가장 기본적인 형태의 전화기이다. 초기에는 마그네토 손 크랭크 발전기를 이용한 자석식, 전화 교환기에서 전력을 공급받는 공전식 전화기가 사용되었다. 이후 전화번호를 입력하는 장치가 추가되어 회전 다이얼식, 버튼식 전화기로 발전하였다.
전화기의 기본 요소는 음성을 전기 신호로 변환하는 마이크로폰(마이크)과 전기 신호를 음성으로 변환하는 스피커이다. 그 외에, 발신을 알리는 벨 장치도 갖추고 있다. 20세기 중반에 자동 교환기가 보급되면서 전화번호를 입력하는 장치도 추가되었다.
20세기 전반까지는 통화 상대방을 지정하려면, 먼저 교환원을 불러 상대방의 번호를 말하고, 국내에서 수동으로 회선을 연결했다. 전화국 교환원을 부르기 위해 전화기 상자의 측면 등에 회전식 핸들이 달려 있었다.
자동 교환기가 설치됨에 따라 회전 다이얼식 흑전화가 보급되었다. 이것은 전화번호의 숫자에 해당하는 구멍에 손가락을 넣고 스토퍼까지 회전시킨 후 손가락을 빼면, 회전 다이얼이 용수철 장치로 원래 위치로 돌아올 때 펄스 형태의 신호가 발신되어 전화국 내의 자동 교환기에 숫자 한 자릿수가 전달되고, 이 동작을 전화번호 자릿수만큼 반복함으로써 교환기가 지정된 상대방에게 연결하는 것이다. 회전 다이얼을 돌리고 손가락을 뗄 때마다 수화기에서는 단속음(＝펄스)이 들린다.
더 나중에 푸시 버튼이 배치된 톤 다이얼식 전화기도 보급되었다. 이것은 펄스 형태의 신호 대신, 특정 음높이(톤)의 소리를 (두 개) 조합하여 전화번호 한 자릿수에 해당하는 정보를 전달하는 방식이며, 회전 다이얼식보다 빠르게 전화번호 전체 자릿수를 입력할 수 있다는 특징이 있다.
최근에는 유선 전화기에 대해 발신자 표시 기능을 갖춘 것, 무선식 것, 내선을 증설할 수 있는 것, 팩시밀리 기능을 갖춘 것, 그 중 몇 가지를 조합한 전화기도 판매되고 있다.
;기본 구성
사용자의 목소리를 전기 신호로 변환하는 마이크로폰과 전기 신호를 물리적인 소리로 변환하는 스피커, 전화가 걸려왔음을 알리는 벨, 전화번호를 입력하는 장치(키패드 또는 회전식 다이얼) 등으로 구성된다.
;마이크로폰부와 스피커부의 구성·구조
(극히 오래된 유형을 제외하고) 마이크로폰과 스피커는 수화기(영어: handset 핸드셋)로 일체화되어 있는 것이 일반적이다.
19세기 말~20세기 초의 전화기에서는 '''송화기'''가 전화기 본체에 직접 부착된 형태가 주류였고, 본체와 코드로 연결된 수화기만 손에 들고 귀에 대고 본체의 송화기 쪽으로 소리를 냈다. 1930년대부터 송화기와 수화기가 일체화된 '''송수화기''' 방식이 주류가 되어 한 손으로 통화할 수 있게 되었다. 전화기 본체와 수화기는 나선형 코드(칼 코드)로 물리적으로 연결되어 있는 것이 일반적이지만, 일부 무선으로 연결하는 것도 있다. 또한 헤드셋을 연결할 수 있는 전화기도 있으며, 콜센터 등 업무상 전화 통화를 대량으로 하고 손은 PC의 키보드 입력 등을 위해 비워두어야 하는 곳에서 사용되고 있다.
;전기적인 부품
20세기 중반까지 전화기의 회로는 기계식 릴레이와 수동 소자만으로 구성되었다. 수화기를 들거나 놓는 동작에 따라 '''후크 스위치'''가 올라가거나 내려감으로써 전화 회선의 극성을 변화시켜 전화 교환기가 회선 연결·회선 차단을 판별했다. 지금도 회선이 연결된 상태를 "오프 훅", 회선이 끊긴 상태를 "온 훅"이라고 하는 것은 이 때문이다.
20세기 후반에 반도체 소자가 저렴하게 대량 공급되면서 그것이 점차 전화기에도 사용되기 시작했다.
;전화망과의 연결
유선전화는 전화선(구리선)에 의해 전화국 및 그 너머의 전화망에 연결되어 있다.
;전화 교환기로부터의 전원 공급만으로 작동하는 기본 기능
전화 교환기로부터의 전원 공급만으로 작동하는 기본적인 기능으로 다음과 같은 것들이 있다.
- 통신 상대의 전화번호를 입력하고 전화 교환기에 전달한다.
- 전화 교환기로부터의 호출을 감지하고 벨소리로 알린다.
- 송화기로 음성을 전기 신호로 변환하여 증폭시켜 전화 교환기에 보내고, 전화 교환기로부터 전달된 신호를 수화기로 음성으로 되돌린다.
- 종료를 전화 교환기에 전달한다.
초기 전화기는 기술적으로 다양했다. 액체 저항형 송화기를 사용하는 것, 영구 자석 주위의 전자석(코일)을 진동판으로 진동시켜 전자기 유도에 의해 신호를 발생시키는 것(무빙코일형) 등이 있었다. 전자기 유도의 기전력을 이용하는 방식은 전원이 없어도 통화가 가능하다는 장점이 있어 20세기 후반에도 소수이지만 군용 등에 이용되었다. 그러나 주류가 된 것은 에디슨의 카본 마이크로 다른 방식보다 음성이 크고, 유도 코일을 필요로 하지만, 그것이 임피던스 정합용 변압기로 기능하여 신호선과의 임피던스를 정합시킬 수 있었다. 이 에디슨의 특허에 의해 벨은 20세기가 될 때까지 시장을 독점할 수 있었지만, 그 무렵에는 전화기 자체보다 전화망이 더 중요해졌다.
초기 전화기는 전원을 필요로 했고, 현장에서 발전하거나 건전지를 사용했다. 당시에는 가입자의 집을 순회하며 건전지 교체가 필요한지 확인하는 직업도 있었다. 20세기에는 “공전식”이 자주 사용되었다. 이것은 전화교환기 측에서 신호선을 통해 급전하는 방식이다.
초기 전화기의 가입자선은 1개의 도선이었고, 전신과 마찬가지로 개별적으로 접지함으로써 회로를 형성했다. 또한 최초의 전화기는 송화기와 수화기가 공용으로 되어 있어 입과 귀에 번갈아 대고 사용했다.
당초 전화 교환은 거의 이용되지 않았다. 초기 가입자는 2대의 전화기를 리스하여 예를 들어 상점과 자택 등에 설치하여 사용했다. 복수 지점 간 통신이 필요한 경우 여러 대의 전화기를 리스하고 각 지점 사이에 각각 별도로 회선을 설치해야 했다.
사용자는 송화기로 휘파람을 불어 교환원(교환을 거치지 않는 경우 상대방)에게 전화를 걸 것을 알렸다. 전화 교환이 주류가 되면서 전화가 걸려왔음을 알리는 벨이 전화기에 장착되기 시작했고, 당초에는 일반 전화선과는 별도의 선을 설치하여 그 신호로 벨을 울렸다. 그 후 전화선 1개로 벨도 울리도록 하기 위해 벨과 콘덴서를 직렬로 연결하여 벨을 울리기 위한 교류 신호만 통과하도록 하고, 직류 신호가 차단됨으로써 “온훅” 상태임을 알 수 있도록 했다.
공전식이나 정기적인 건전지 교체가 불가능한 시골에서는 마그네토와 같은 발전기를 손으로 돌리는 크랭크로 돌려 발전시켜 상대방(교환원)의 벨을 울렸다.
1890년대에는 세 부분으로 구성된 더 작은 전화기가 등장했다. 송화기는 스탠드 위에 있었고, 이 형태를 캔들스틱(candlestick)형이라고 불렀다. 사용하지 않을 때는 수화기를 후크에 걸어 두었는데, 이 후크가 스위치 역할을 했다. 그 이전의 전화기는 음성과 벨 각각에 스위치가 있어 따로따로 조작해야 했다. 새로운 방식에서는 사용자가 전화 후크를 놓은 채로 두는 상황이 발생하기 어려워졌다. 발전기, 벨, 유도 코일, 건전지 등은 전화기 본체와는 별도의 상자(ringer box)에 담겨 전화기와 연결되었다.[48] 공전식의 경우 건전지를 교체할 필요도 없고 손으로 발전시킬 필요도 없었기 때문에, 그 상자는 책상 아래 등 보이지 않는 곳에 설치되었다.
단선에는 누화나 교류 전원의 험이 잡음으로 실려 버리는 결점이 있어 꼬임선이 사용되게 되었다. 또한, 장거리 회선에는 4선식이 사용되었다. 20세기 초 무렵, 장거리 전화는 일반 전화로는 걸 수 없었고, 전용의 고음질 전화 부스를 예약하여 이용하는 것이 일반적이었다.
통화 상대를 지정할 수 있는 다이얼을 장착한 전화기로, 전화번호를 다이얼을 돌려 입력하면 자동 교환기가 반응하여 상대방과 연결한다. 교환기와 함께 개발되었다.
큰 영향을 미친 것은 1928년 미국 웨스턴 일렉트릭(Western Electric)사가 발표하고 벨(Bell)사의 전화에서 사용된 '''Model 102'''이다. 산업 디자이너 헨리 드레이퍼스(Henry Dreyfuss)의 디자인으로, 외함은 검은색이며, 재질은 베이클라이트로 목재를 사용하지 않았다.
이 Model 102는 획기적인 전화기였으며, 평판도 매우 좋았다. 전 세계적으로 이 Model 102의 모방품이나 유사품이 개발되기 시작했다. 웨스턴 일렉트릭사에서 후속 기종이나 개량형이 출시되면, 그것에 대해서도 마찬가지로 모방이 이루어졌다.
일본의 소위 흑전화도 그러한 모방 중 하나이다.
미국에서 1963년~1964년경 웨스턴 일렉트릭(Western Electric)사가 최초의 톤 다이얼 방식 전화기인 1500 시리즈를 출시했다. 회전 다이얼 방식의 model 500의 외형을 이용하여 회전 다이얼을 푸시 버튼과 톤 발신 유닛으로 교체한 것으로, 버튼이 10개뿐이었다.[49] 그리고 1967년경에 등장한 2500 시리즈에서는 버튼이 12개로 늘어나면서 본격적으로 보급되었다.
1933년(쇼와 8년)에 일본 내에서 통신성(逓信省)에 의해 제식화된 3호 전화기부터 시작하여, 4호 전화기, 600형 전화기, 601형 전화기는 “흑전화(黒電話)”라고 불린다.
4. 2. 무선 전화
무선 전화는 전화선 없이 전파를 이용하여 통신하는 전화기이다. 기지국과 휴대용 수화기로 구성되며, 제한된 범위 내에서 이동하면서 통화할 수 있다.4. 3. 휴대 전화
'''휴대 전화''' 또는 휴대폰은 무선 전송을 통해 이동통신망에 연결되는 휴대용 전화기이다. 이동통신망은 보통 탑이나 건물에 위치한 안테나를 갖춘 지상 기반 송수신기 스테이션 네트워크와 글로벌 통신 네트워크에 연결되는 인프라로 구성된다.[38] 1979년에 아날로그 이동통신망이 처음 등장했으며, 이후 1990년대 초 디지털 이동통신망이 도입되면서 GSM 표준의 시작을 알렸다.[39] 시간이 지남에 따라 이러한 네트워크는 각 세대(2G, 3G, 4G 등)마다 향상된 데이터 전송 기능과 이동 통신을 위한 더욱 고급 기능을 제공하며 진화했다.
휴대 전화는 SIM 카드가 필요하다. SIM 카드는 사용자의 국제 이동 가입자 식별 번호(IMSI) 번호와 관련 키를 저장하는 작은 집적 회로가 포함된 작은 PVC 카드이다. 이 번호와 키는 이동통신망의 가입자를 식별하고 인증하는 데 사용된다.
휴대 전화에는 일반적으로 LCD 또는 OLED 디스플레이가 통합되어 있으며, 스마트폰과 같은 일부 유형은 터치 스크린을 가지고 있다. 1990년대 이후로 휴대 전화는 전화기의 주요 기능과 직접적으로 관련이 없는 다른 기능들을 추가적으로 갖추게 되었다. 여기에는 문자 메시징, 달력, 알람 시계, 개인 일정 관리자, 카메라, 음악 플레이어, 게임, 그리고 나중에는 인터넷 접근 및 스마트폰 기능이 포함된다. 거의 모든 휴대 전화는 SMS(단문 메시지 서비스) 프로토콜을 통해 다른 사용자에게 문자 메시지를 보낼 수 있다. 멀티미디어 메시징 서비스(MMS) 프로토콜을 사용하면 사진, 오디오 파일, 비디오 파일과 같은 멀티미디어 콘텐츠를 주고받을 수 있다. 기능이 증가함에 따라 스마트폰과 같은 많은 유형의 휴대 전화는 실행을 위해 운영 체제가 필요하다. 과거에는 심비안, 팜 OS, 블랙베리 OS, 윈도우 모바일 버전 등이 인기 있는 휴대 전화 운영 체제였다. 2022년 현재 가장 많이 사용되는 운영 체제는 구글의 안드로이드와 애플의 iOS이다.[40][41]
스마트폰 시대 이전에는 휴대 전화는 일반적으로 노키아, 모토로라, 에릭슨과 같은 통신 장비 전문 업체에서 제조했다. 스마트폰이 등장한 이후로는 애플, 삼성, 샤오미와 같은 가전 업체들도 휴대 전화 제조업체에 포함되었다.[41]
4. 4. 위성 전화
Satellite phone영어 또는 위성 전화는 인공위성을 통해 통신하는 전화기이다. 지상 통신망이 없는 지역에서도 통화가 가능하다.4. 5. 인터넷 전화 (VoIP)
인터넷 프로토콜을 사용하여 음성 통화를 제공하는 서비스이다. 기존 전화망보다 저렴한 요금으로 통화할 수 있다.
5. 법적 관점
대한민국 대법원은 전화방 영업을 위해 설치한 전화기와 컴퓨터는 기간통신사업자로부터 전기통신역무를 제공받거나, 제공받은 전기통신역무를 이용하여 타인의 통신을 매개하고자 설치한 설비에 지나지 않으며, 자신의 전기통신에 이용하기 위하여 설치한 전기통신설비(즉, 자가전기통신설비)로는 볼 수 없다고 판결하였다.[52]
5. 1. 한국
대한민국 대법원은 전화방 영업을 위해 설치한 전화기와 컴퓨터는 기간통신사업자로부터 전기통신역무를 제공받거나, 제공받은 전기통신역무를 이용하여 타인의 통신을 매개하고자 설치한 설비에 지나지 않으며, 자신의 전기통신에 이용하기 위하여 설치한 전기통신설비(즉, 자가전기통신설비)로는 볼 수 없다고 판결하였다.[52]참조
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Ringer Boxes
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2010-05-23
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전화, 현대사를 말하다.
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대한민국역사박물관
2020-10-25
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판결문
대법원 2004. 1. 29. 선고 2003도4736 판결
2004-01-29
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