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전화
전화(電話, Telephone)는 음성을 전기신호로 바꾸어 먼 곳에 전송하고, 이 신호를 다시 음성으로 재생하여 거리를 둔 두 사람 사이의 통화를 가능하게 하는 기술 또는 그러한 장치이다. 그러한 장치를 전화기(電話機)라고도 한다.[1]
역사[편집]
초기의 전화[편집]
초기의 전화를 보다 정확하게 표현하자면 '기계적 음성 장치'라고 한다. 이 장치는 오디오 에너지를 전기 에너지로 변환하는 대신 파이프와 다른 매체를 통해 기계적으로 음성 데이터를 전송했다. 이러한 기본 장치를 사용하면 평소에 사용자가 말하거나 소리를 지르는 경우 전송할 수 있는 거리보다 더 먼 거리에서 음성과 음악을 전송할 수 있었다. 원시 전화의 형태를 예를 들자면 바로 깡통 전화이다. 어릴 때 초등학교에서 만든 것과 같은 형태의 전화이다. 팽팽한 끈이나 철사를 사용하여 두 개의 깡통(종이컵)을 연결하면 음성의 기계적 진동은 전선의 다른 쪽 끝에서 사운드 에너지로 다시 변환되기 전에 와이어를 따라 이동하는 데 이것이 바로 초기 전화의 원리이다.[2]
전신[편집]
전신은 음성이나 동영상이 아닌 문자와 사진의 전송에 이용되는 기술이다. 쿡, 모스, 마르코니 등 수많은 과학자와 기술자들이 문자와 사진의 전송에 이용되는 기술들을 개발했다. 초창기 전신은 송신기를 누르면 전선에 흐르는 전류의 길고 짧음을 부호로 인식해 정보를 전달하는 기술로 시작되었다. 그러한 기술은 유선이나 무선을 구분하지 않고 신호를 전달하기 위한 새로운 기술인 텔렉스(가입전신), 텔레텍스, 팩시밀리(모사전신) 등으로 발전해 나갔으며, 부호체계를 이용하는 기본 기술인 전신은 현재 인터넷을 이용한 다양한 통신기술의 원천이 되고 있다.[3]
- 유선전신
전신의 원리는 전기의 원리와 함께 일찍부터 연구되어 왔으나, 근대적 의미의 전신 개념에 가까운 방식은 1834년 영국의 윌리엄 쿡(William Fothergill Cooke)에 의해 이루어졌다. 쿡은 5개의 자침을 나란히 배치해 전류의 강약에 따라 움직이는 침의 조합으로 신호를 보냈다. 새뮤얼 모스(Samuel Finley Breese Morse)는 이러한 사실에 관심을 가지고 연구에 몰두한 끝에 1839년 9월 뉴욕대학교에서 500m의 전선을 깔아 전신의 실험에 성공했다. 모스 전신은 메시지를 단점(·)과 장점(-) 2종류의 기호 조합으로 바꾸어 보내는 통신 방식이라는 점에서 오늘날 전신의 모태가 되었으며, 이 부호를 모스 부호라 한다.[3]
- 무선전신
무선전선은 전선을 사용하지 않고 전자기파를 이용하여 전신을 주고받는 통신 방식이다. 발진 장치에 의하여 나는 진동 전류를 전건으로 단속고 전신 기호를 전자기파에 실어 안테나로 보낸다. 1895년에 이탈리아의 굴리엘모 마르코니(Giovanni Maria Marconi)가 발명하였다. 이후 1906년에 리 드 포레스트(Lee De Forest)가 삼극진공관을 개발함으로써 무선통신의 기술은 급속도로 발전하게 되었고, 무선통신 개발 과정에서 발견된 전파의 특성들은 향후 방송기술이 태동하는 모태가 되었다.[3]
자석식 전화기[편집]
알렉산더 그레이엄 벨(Alexander Graham Bell)에 의해 발명될 당시의 전화가 바로 자석식 전화기다. 전화기의 핸들을 돌리면 발전기가 회전해 신호가 송출된다. 처음에는 두 명의 가입자를 연결하는 한 개의 선로에 의해 신호를 주고받아 상대방을 호출해 통화하는 직통 회선 방식이었으므로 직접 상대의 전화에 신호음이 울리도록 만들었다. 하지만 다수의 가입자를 하나의 망으로 연결해 통화하고자 하는 가입자들을 연결해 주는 교환방식이 적용될 경우에는 교환기에 신호음을 보내어 교환원을 호출하게 된다. 호출된 교환원이 응답해 통화 상대방을 연결해줌으로써 비로소 전화 연결이 이루어지는 것이다. 상대방에게 신호를 보내기 위해 자석을 돌려 전류를 보내기도 하지만, 송화기를 통해 소리(휘파람 소리 등)를 보내기도 했던 전화기다.[4]
- 최초 제작자 논란
2월 14일은 전화를 발명한 것으로 잘 알려진 벨이 특허를 출원 한 날이다. 그의 특허는 시비도 많고 소송도 많이 치렀지만 결국 특허권을 인정받았고, 그 덕에 전화 발명의 업적을 인정받아 1880년 볼타상과 5만 프랑의 상금을 받아 볼타연구소를 세우게 된다. 사실 최초로 전화기를 발명한 사람은 벨이 아니다. 안토니오 메우치(Antonio Meucci)는 인류 역사상 최초로 전화기를 발명한 발명가이다. 벨보다 무려 21년 앞서서 먼저 발명하였으나, 가난하여 특허를 임시특허로 할 수밖에 없었다. 자기 이름으로 등록하기 위해서는 특허 등록비가 필요했는데 돈이 없어서 정식 등록을 하지 못하고 임시특허를 등록했다. 1876년 벨이 전화기를 발명했다고 미국 특허청에 정식으로 특허를 등록하자 이것을 문제 삼아 소송을 걸었지만, 승소 직전 심장마비로 생애를 마쳤다. 그래서 전화기는 1876년 벨이 최초로 발명한 것으로 오랜 기간 잘못 알려져 왔다. 2002년 미국 의회는 최초의 전화 발명자를 안토니오 무치로 인정하였다. 또한, 벨과 똑같은 날 똑같은 특허를 제출한 사람도 있었다. 경쟁자였던 일라이셔 그레이(Elisha Gray)다. 하지만 벨이 2시간 먼저 출원한 덕에 특허권을 갖게 되었다. 그 외에도 벨은 소송에 시달리는 등 많은 우여곡절을 겪었지만 결국 특허권을 방어해 냈다. 그가 특허에 밝았음을 보여주는 대목이다.[5]
공전식 전화기[편집]
공전식 전화기는 수화기를 들어 올리기만 하면 신호가 보내지기 때문에 거는 방식이 간단하며, 따라서 다이얼과 핸들도 없는 단순한 형태를 하고 있다. 공전식 전화기는 모든 가입자의 통화전류를 전화국의 축전지에서 공급하는 공동전지식으로, 가입자가 수화기만 들면 회선에 직류전류가 흘러 교환대에 설치된 램프를 점등 시켜 교환원을 호출할 수 있고, 교환원 역시 상대 가입자를 간단한 스위치 조작만으로 호출할 수 있다.[4]
다이얼˙버튼식 전화기[편집]
산업화의 진행과 더불어 전화 가입자 수요는 폭발적으로 증가했다. 이를 수용하기 위해 대용량 자동교환방식의 스텝 교환기나 크로스바 교환기가 설치되었다. 이에 대응해 가입자가 직접 통화하고자 하는 상대방을 호출할 수 있도록 번호를 돌리는 전화기가 등장한 것이다. 자동식 전화기는 다이얼이나 버튼의 숫자를 돌리거나 누르면 전화국의 자동 교환기가 상대방의 전화기와 이어준다. 만일 상대방이 누군가와 전화를 하고 있는 중이라면 통화 중임을 나타내는 신호가 들리는, 요즈음 이용되고 있는 전화기다.[4]
원리[편집]
수동식 교환기 시절에서는 전화를 걸면 전화 교환원이 손으로 직접 해당 케이블을 스위치 보드에 꽂아서 원하는 곳과 연결하는 방식을 사용하였다. 이후 자동식 교환기가 등장하면서 컴퓨터가 직접 전자 스위치를 조작하여 연결하는 방식을 쓰게 된다. 자동식 교환기는 전화번호를 누를 때 발생한 전류가 전화선을 통하여 교환국으로 전달되고, 전화국의 스위치가 이 번호의 신호를 인식하여 해당 신호의 전화를 연결한다. 자동식 교환기에 사용되는 스위치 시스템은 초기엔 아날로그 스위치가 사용되었으나, 오늘날에는 디지털 스위치가 사용된다. 아날로그 스위치는 전류를 디지털 형태가 아닌 본래의 아날로그 형태 그대로 전화망으로 보내는 방식이다. 변환 과정이 없기 때문에 구조는 간단하지만, 전류가 먼 거리를 진행하면서 약해지기 때문에 전송 도중에 지속해서 증폭을 해야 한다. 이 증폭 과정에서 전류 신호를 간섭하는 신호도 만들어지는 문제가 생긴다. 디지털 스위치는 전류를 디지털 형태로 변환한 후 전화망으로 보내는 방식이다. 구조가 복잡해지지만, 전송 도중에 전류가 약해져도 구조가 변형되는 염려가 적다. 전화 연결에 사용되는 전송 케이블은 구리 선 케이블과 광케이블이 사용된다. 구리 선 케이블은 전기가 잘 통하는 구리를 이용한 것이고, 광케이블은 광섬유를 이용한 것으로 디지털 신호의 0과 1 신호를 빛의 깜빡거림으로 변환하여 이를 광섬유를 통해 전달되고, 전달을 받은 후 빛을 인식하여 다시 디지털 신호로 바꾸는 방식이다. 전송 케이블 외에 마이크로파의 형태로 공중에서 전송되는 방식을 사용하기도 하며, 넓은 대륙 간의 통신에 이용된다. 전화 신호를 중계국에서 받아 접시 형태의 파라볼라 안테나를 통하여 신호를 보내고 다음 중계국에서 파라볼라 안테나로 신호를 받는 방식을 사용한다. 우주의 인공위성을 이용하여 마이크로파를 대양 건너까지 전송하기도 한다.[1]
- 송화기
전화에서 음성 신호를 전기 신호로 바꾸는 역할을 한다. 송화기는 크게 탄소 송화기와 포일 일렉트렉(foil-electret) 축전기 마이크로폰이 있다. 탄소 송화기 안에는 탄소 알갱이가 들어 있는 탄소 통과 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 전극 간의 흐르는 전류가 변화하는데, 이를 음성 전류라고 한다. 이 음성 전류는 전화 교환기를 거치고 전화선을 통하여 상대방의 수화기로 전달된다. 포일 일렉트렉 축전기 마이크로폰은 포일 일렉트렉이라 부르는 진동판을 사용하는데, 한쪽에 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, 이때 진동판의 진동 세기에 따라 진동판과 백플레이트 사이의 거리 간에 발생하는 전기장의 세기가 변하게 된다. 이 전기장의 세기는 음성 전류가 되어 전달된다.[1]
- 수화기
상대방 송화기와 전화선을 거쳐 보내온 음성 전류를 다시 음성 신호로 바꾸는 역할을 한다. 수화기 안에는 영구 자석과 그 끝에 코일을 감은 전자석이 있고, 그 앞에 얇은 연철로 된 진동판이 있다. 전자석의 코일에 전류가 흐르면 발생하는 전류가 양방향으로 흐르며, 어느 방향으로 흐르냐에 따라 영구 자석이 진동판을 잡아당기는 힘에 변화가 생기게 된다. 음성 전류가 전자석의 코일에 흐르면 음성 전류에 따라 전자석의 세기가 변화하며, 이것이 진동판을 끌어당기는 힘의 크기에 따라 진동판이 진동되면서 소리가 나게 된다.[1]
각주[편집]
참고자료[편집]
- 〈전화〉, 《위키백과》
- SKnBiz, 〈전화의 역사와 변천사-깡통전화에서 벨의 발명, 유선전화, 스마트폰까지 간략한 이야기〉, 《네이버 블로그》, 2019-10-23
- 〈전신〉, 《네이버 지식백과》
- 〈전화〉, 《네이버 지식백과》
- 대한변리사회, 〈알렉산더 그레이엄 벨, 전화특허출원〉, 《특허와상표》, 2019-02-26
같이 보기[편집]
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