
電話(英: telephone)は、一般的に「phone」と略され、2人以上のユーザーが離れすぎて直接会話が聞き取りにくい場合でも会話を可能にする通信機器です。電話は、典型的には最も効率的に人間の声を電子信号に変換し、ケーブルやその他の通信チャネルを介して別の電話に送信します。この信号は、受信側のユーザーに音声を再生します。この用語は、古代ギリシャ語の「τῆλε 」(ローマ字表記: tēle、文字通り「遠い」)と「φωνή」(phōnē、声)に由来し、合わせて「遠くの声」を意味します。[ 1 ]
1876年、アレクサンダー・グラハム・ベルは、人間の声を別の装置で明瞭に聞き取れるように複製する装置で米国特許を取得した最初の人物でした。 [ 2 ]この装置はその後多くの人々によってさらに開発され、企業、政府、家庭で急速に欠かせないものとなりました。
電話の基本要素は、話すためのマイク(送信機)と、離れた場所で音声を再生するイヤホン(受信機)です。 [ 3 ]受信機と送信機は通常、通話中に耳と口に当てる受話器に内蔵されています。送信機は音波を電気信号に変換し、通信システムを介して受信側の電話機に送信します。受信側の電話機は、この信号を受話器、または場合によってはスピーカーで可聴音に変換します。電話は双方向の同時通信が可能です。
ほとんどの電話機には、着信を知らせる着信音やインジケーターランプなどの通知機能も備わっています。電話の発信は、電話機に付属のキーパッドまたはダイヤルで電話番号(通信システムにおける受信者の電話機のアドレス)を入力することで行われることが最も一般的ですが、電話の歴史初期には他の方法も存在していました。
最初の電話は、顧客のオフィスや自宅から別の顧客のオフィスや自宅まで直接接続されていました。しかし、数人の顧客しか利用できないため、これらのシステムはすぐに手動で操作する中央交換機に置き換えられました。これらの交換機はすぐに相互に接続され、最終的には自動化された世界規模の公衆交換電話網が形成されました。20世紀半ばには、移動性の向上を目指して、船舶や自動車内の移動局間の通信用に様々な無線システムが開発されました。
携帯電話は1973年に個人向けサービスとして導入されました。その後数十年にわたり、アナログ携帯電話システムは、より高性能で低コストのデジタルネットワークへと進化しました。通信サービスの融合により、携帯電話はモバイルコンピューティングを含む幅広い機能を備え、今日の世界で最も普及している電話機であるスマートフォンが誕生しました。
現代の電話は様々な形態で存在し、固定電話、携帯電話、衛星電話、インターネットベースのデバイスなど、様々なシステムを通じて実装されています。これらはすべて公衆交換電話網(PSTN)に統合されています。この相互接続システムにより、基盤となる技術や地理的な場所に関わらず、あらゆる電話機が固有の電話番号を通じて他の電話機に電話をかけることができます。携帯電話サービスと固定電話サービスはグローバルな通信ネットワークに完全に統合されていますが、VoIPなどの一部のインターネットベースのサービスは必ずしもPSTNに直接接続されるとは限りません。しかし、接続が確立されれば、異なるシステム間での通信が可能になります。
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電気電話が開発される以前は、「電話」という用語は他の発明にも適用されており、電気機器の初期の研究者全員がこの用語を使用していたわけではありませんでした。通信システムに対する「電話」という言葉の最も初期の使用例は、おそらく1796年にゴットフリート・フートが発明した「電話」でしょう。フートは、クロード・シャップの光電信に代わる方法を提案しました。これは、信号塔のオペレーターが、彼が「スピーキングチューブ」と呼んだ、現在では巨大メガホンと呼ばれるものを使って互いに叫ぶというものでした。[ 6 ]帆船用の通信装置である「電話」は、1844年にジョン・テイラー船長によって発明されました。この装置は、霧の深い天候でも船舶と通信するために4つのエアホーンを使用しました。[ 7 ] [ 8 ]
ヨハン・フィリップ・ライスは、 1860年頃に発明した、一般にライス電話として知られる装置を指してこの用語を使用しました。彼の装置は、音を電気インパルスに変換する最初の装置のようです。
電話という語は多くの言語の語彙に取り入れられています。ギリシャ語のτῆλε ( tēle 、遠く)とφωνή(phōnē、声) に由来し、合わせて「遠くの声」を意味します。
電気電話の発明の功績については、しばしば論争の的となっている。ラジオ、テレビ、電球、コンピュータといった他の影響力のある発明と同様に、複数の発明家が有線による音声伝送の実験的研究を開拓し、互いのアイデアを改良してきた。この問題をめぐる新たな論争は、今でも時折生じている。シャルル・ブルスール、アントニオ・メウチ、ヨハン・フィリップ・ライス、アレクサンダー・グラハム・ベル、エリシャ・グレイなど、電話の発明者として名を連ねる人物は数多くいる。[ 9 ] [ 10 ]
アレクサンダー・グラハム・ベルは、1876年3月に米国特許商標庁(USPTO)から電気電話の特許を初めて取得した人物である。 [ 11 ]ベルの特許以前は、電話は電信に似た方法で音を送信していた。この方法は振動と回路を使用して電気パルスを送信していたが、重要な機能が欠けていた。ベルは、この方法は断続的な電流によって音を生成するが、電話が機能するためには変動する電流が最も良い音を再現することを発見した。変動する電流は実際に機能する電話の基礎となり、ベルの特許が生まれた。[ 12 ]ベルによるこの最初の特許は電話のマスター特許となり、そこから電気電話の装置や機能に関する他の特許が生まれた。[ 13 ]
1876年、ベルの特許申請から間もなく、ハンガリーの技術者ティヴァダル・プスカシュが電話交換機を提案し、これにより電話交換機、そして最終的にはネットワークの形成が可能になった。[ 14 ]
イギリスでは、「ブロワー」は電話を指す俗語として使われています。この用語は海軍の伝声管を指す俗語に由来しています。 [ 15 ]アメリカでは、やや時代遅れの俗語で電話のことを「ザ・ホーン」と呼び、「彼に電話を掛けてもらえなかった」や「すぐに電話を切る」といった意味になります。[ 16 ]


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初期の電話機は技術的に多様だった。水中マイクを使うものや、永久磁石に巻かれた電磁石に電流を誘導する金属振動板を使うもの、そしてダイナミック型(振動板が永久磁石の磁界内で電線コイルを振動させるか、コイルが振動板を振動させる)のものなどがあった。音圧駆動のダイナミック型は、自力で電力を作り出す能力が重要だった軍事および海事用途で、少数が20世紀を通して生き残った。しかし、大半はエジソン/ベルリナーの炭素送信機を使っていた。これは他の種類のものよりはるかに音量が大きかったが、回線のインピーダンスと互換性を持たせるためにインピーダンス整合変圧器である誘導コイルを必要とした。エジソンの特許によってベルの独占は20世紀まで続き、その頃にはネットワークが機器よりも重要になっていた。
初期の電話機は、動体式送信機、または局部電池で送信機に電力を供給することで、局部的に電源供給されていました。局外設備の作業員の仕事の一つは、定期的に各電話機を巡回し、電池の点検を行うことでした。20世紀には、音声信号を伝送するのと同じ電線を介して電話交換機から電力供給を受ける電話機が普及しました。
初期の電話機は、加入者線に1本の線を使用し、アースリターンで回路を完成させていました(電信で使用されていたように)。初期のダイナミック電話機には音声用のポートが1つしかなく、ユーザーは同じポートに向かって交互に聞きながら話したり(正確には叫んだり)していました。機器は両端で2台ずつ使用されることもあり、会話はより便利になりましたが、同時にコストも高くなりました。
当初、電話交換機の利点は十分に活用されていませんでした。電話機は加入者に2台ずつリースされ、加入者は電信業者に回線の敷設を依頼する必要がありました。例えば、自宅と店舗の間などです。複数の場所と通話したいユーザーは、3台または4台の電話機を手配する必要がありました。既に電信交換機を使用していたウエスタンユニオンは、この原理をニューヨーク市とサンフランシスコの電話機にもすぐに適用し、ベル社もその可能性をすぐに認識しました。
信号方式は、まさに原始的な方法で始まりました。ユーザーは、送信機に向かって口笛を吹くことで、相手側、つまり交換機のオペレータに知らせました。交換操作により、すぐに電話機にベル付きの呼び出し音ボックスが備え付けられるようになりました。最初は2本目の配線で操作され、後に同じ配線で操作されるようになりましたが、ベルのコイルと直列にコンデンサー (コンデンサー) が接続され、交流呼び出し音信号を通過させながら直流をブロックして(電話機を「オンフック」状態に維持) いました。初期のストロージャー交換機に接続された電話機には、ナイフスイッチ用に1本、各電信キー用に1本、ベル用に1本、押しボタン用に1本、通話用に2本、合計7本の配線がありました。20世紀初頭の大型壁掛け電話には通常ベルが組み込まれており、卓上電話用の独立したベルボックスは、 20世紀半ばには姿を消しました。
共通の電池交換網を持たない地方電話やその他の電話には、手回し式のマグネトー発電機が搭載されており、高電圧の交流信号を発生させて回線上の他の電話のベルを鳴らし、交換手への通報に使用していました。主要ネットワークに接続されていない一部の地方農村では、既存の畑の柵を利用して有刺鉄線で電話線を張り、信号を伝送していました。
1890年代には、3つの部分に分かれた新しい小型の電話機が導入されました。送信機はスタンドの上に置かれ、その形状から「キャンドルスティック」と呼ばれていました。使用していないときは、受話器は「スイッチフック」と呼ばれるスイッチ付きのフックに掛けられました。以前の電話では、音声またはベルのどちらかを接続するために、ユーザーが別のスイッチを操作する必要がありました。新しいタイプの電話機では、ユーザーが電話を「フックから外す」可能性が低くなりました。マグネトー交換機に接続された電話では、ベル、誘導コイル、電池、マグネトーが別々のベルボックス、つまり「リンガーボックス」に収められていました。[ 24 ]一般的な電池交換機に接続された電話では、リンガーボックスは電池やマグネトーを必要としないため、机の下など人目につかない場所に設置されていました。
当時はクレードル型も採用されていました。これは、現在ではハンドセットと呼ばれる、受信機と送信機が取り付けられたハンドルと、マグネトクランクなどの部品を収納するクレードルベースが別々になっている構造です。「キャンドルスティック型」よりも大きく、より人気がありました。
単線接続の欠点、例えば近くの交流電源線からのクロストークやハムノイズといった問題から、すでにツイストペア線が使用され、長距離電話では4線回線が使用されるようになっていた。20世紀初頭のユーザーは、自分の電話機から長距離電話をかけるのではなく、事前に電話交換手の助けを借りて電話をかけていた。[ 25 ]
最も普及し、最も長く使われた物理的な電話機は、20世紀初頭にベルの202型卓上電話機を含む形で導入されました。カーボン粒子送信機と電磁受信機は、一体型のプラスチック製ハンドルに統合されており、未使用時はベースユニットのクレードルに固定されていました。モデル202の回路図は、送信機が回線に直接接続され、受信機が誘導結合されていることを示しています。ローカルバッテリー構成では、ローカルループが長すぎて交換機から十分な電流を供給できない場合、送信機はローカルバッテリーから電力を供給され、誘導結合され、受信機はローカルループに含まれていました。[ 26 ]結合トランスとリンガーは、加入者セットと呼ばれる別の筐体に取り付けられていました。ベース内のダイヤルスイッチは、各桁ごとに1~10回、ごく短時間回線を切断することで回線電流を遮断し、フックスイッチ(回路図の中央)は、受話器がクレードルに置かれている間に回線と送信機のバッテリーを切断しました。
1930年代には、ベルと誘導コイルを卓上電話機に統合した電話機が開発され、別個の呼び出し音ボックスが不要になりました。 1930年代には多くの地域で回転式ダイヤルが普及し、顧客によるダイヤルサービスが可能になりましたが、一部のマグネト方式は1960年代まで残っていました。メイン州ブライアント・ポンド村は、 1983年10月11日にマグネト方式から直通ダイヤル方式に切り替えた米国最後の電話交換局だと考えられています。[ 27 ]第二次世界大戦後、電話網は急速に拡大し、米国のモデル500電話機など、より効率的な電話機が開発され、中央局を中心としたより大規模な地域ネットワークが可能になりました。画期的な新技術は、1963年にアメリカン・テレフォン・アンド・テレグラフ・カンパニー(AT&T)がプッシュボタン式電話機を用いたタッチトーン信号方式を導入したことでした。 [ 28 ]

音声電話は、オペレーターが話す音波のエネルギーを利用して、有線で音声通信を送信する電話です。
可動コイル型マイクロホンは音波を電気信号に変換し、受話器側で再び音波に変換されます。初期の一般的な固定電話と同様に、音声電話のオペレーターは通常、手回し発電機(マグネト)を用いて受話器に着信を知らせます。マグネトは電流を発生させ、受話器側のブザー(ハウラーまたはグロウラーと呼ばれることもあります)を鳴らします。一部の電話システムは、外部電源を使用して呼び出し音や増幅器を動作させることができますが、外部電源に障害が発生した場合は音声通信に切り替わります。[ 29 ]ステーションは通常、電気的干渉を低減するためにツイストペア線で接続され、数キロメートル程度のかなり離れた場所に設置できます。コア径1mmのツイストペア線を使用することで、一部の音声電話システムでは、最大48キロメートル(30マイル)離れた場所に設置された2台の受話器を操作できます。[ 30 ]

音声電話は外部電源を必要としないため、停電時でも信頼性の高い通信が不可欠な場所で使用されます。空港、鉄道、公共施設、鉱山、スキー場、橋梁、スポーツ競技場、造船所などの通信によく使用されています。低電圧で動作するため、化学工場、石油・ガス工場、兵器庫、鉱山、採石場など、爆発や火災の危険がある状況でも使用できます。[ 31 ]船舶、特に海軍艦艇や陸上軍事通信で頻繁に使用されています。
海軍艦艇では、音響電話は通常、戦闘による損傷ですべての回路が使用不能になる可能性を減らすために、船内に補助配線回路が配線されています。[ 32 ]


1947年のトランジスタの発明は、その後数十年にわたって電話システムと長距離伝送ネットワークで使用される技術を劇的に変化させました。電子交換システム用のプログラム記憶制御とMOS集積回路、そしてパルス符号変調(PCM)などの新しい伝送技術の開発により、電話は徐々にデジタル電話へと進化し、ネットワークの容量、品質、コストが向上しました。[ 33 ]
総合デジタル通信網(ISDN)は1980年代に開始され、企業や消費者にデータ、音声、ビデオ、ファックスなどのデジタル電話サービスへのアクセスを提供しました。[ 34 ]
デジタルデータ通信方式の発達により、音声をデジタル化し、コンピュータネットワークやインターネットを介してリアルタイムデータとして伝送することが可能となり、インターネットプロトコル(IP)電話、あるいはVoIP( Voice over Internet Protocol )と呼ばれる分野が誕生しました。VoIPは、従来の電話網インフラを急速に置き換える破壊的な技術であることが証明されています。 [ 35 ]
2005年1月までに、日本と韓国の電話加入者の最大10%がこのデジタル電話サービスに切り替えました。2005年1月のニューズウィーク誌の記事では、インターネット電話が「次の大きなトレンド」になる可能性があると示唆されていました。 [ 36 ]この技術は、消費者と企業にサービスを提供する多くのVoIP企業からなる新しい産業を生み出しました。2021年10月時点の世界VoIP市場は852億ドルで、2026年には1025億ドルに達すると予測されています。[ 37 ]
IPテレフォニーは、高帯域幅のインターネット接続と専用の顧客構内設備を用いて、インターネットまたは最新のプライベートデータネットワークを介して電話通話を伝送します。顧客側の設備としては、従来のアナログ電話の信号を変換するアナログ電話アダプタ(ATA)、専用のスタンドアロンデバイスであるIP電話、あるいはパソコンやスマートフォンのマイクとヘッドセットを利用するソフトフォンアプリケーションなどが挙げられます。 [ 38 ]
近年、VoIP技術はVoice over LTE(VoLTE)やVoice over 5G(Vo5G )といったモバイルネットワークとの統合へと進化し、モバイルデータネットワークを介したシームレスな音声通信を可能にしています。これらの進歩により、VoIPはインターネットベースの通信の主要手段であるだけでなく、現代のモバイル通信インフラの中心的な機能にもなっています。[ 39 ]
従来のアナログ電話機は通常、電話回線を通じて中央局から電源が供給されますが、デジタル電話機は地域ごとに電源供給が必要です。[ 40 ]インターネットベースのデジタルサービスでは、緊急電話番号に電話がかかったときに、緊急サービスにサービスの場所を提供するための特別な規定も必要です。[ 41 ]

コードレス電話または携帯電話は、基地局ユニットと1台以上のコードレス受話器で構成されています。基地局は電話回線に接続するか、Voice over IP(VOIP)によるサービスを提供します。受話器は無線周波数信号を介して基地局と通信します。受話器の動作範囲は限られており、通常は同じ建物内または基地局から近距離に限られます。
基地局には、全二重方式の送受信信号と受話器による通話を可能にする無線トランシーバーが搭載されています。基地局には、受話器を使わずにハンズフリーのスピーカーフォン通話を可能にするため、マイク、オーディオアンプ、スピーカーが搭載されていることが多いです。また、ダイヤル用のテンキーと発信者番号表示用のディスプレイが搭載されている場合もあります。さらに、留守番電話機能が内蔵されている場合もあります。[ 42 ]
コードレス電話機には充電式バッテリーが内蔵されており、電話機をクレードルにセットするとベースステーションがバッテリーを充電します。複数の電話機を接続するシステムでは、通常、充電スタンドも追加されています。コードレス電話機は通常、ベースステーションと充電器に電力を供給するために、壁のACコンセントに差し込むDCトランスを介して常時電力供給を必要とします。 [ 42 ]



携帯電話またはセルフォンは、無線伝送を介して携帯電話ネットワークに接続するハンドヘルド電話です。セルラーネットワークは、地上の送信/受信局(通常、塔や建物に設置)とグローバル通信ネットワークに接続するインフラストラクチャのネットワークで構成されます。[ 43 ]アナログセルラーネットワークは1979年に初めて登場し、続いて1990年代初頭にデジタルセルラーネットワークが導入され、GSM標準の始まりとなりました。[ 44 ]時が経つにつれて、これらのネットワークは進化し、新しい世代( 2G、3G、4G 、それ以降)ごとに、データ伝送機能の向上とモバイル通信のより高度な機能を提供してきました。
携帯電話にはSIMカードを挿入する必要があります。SIMカードは小型のPVCカードで、小さな集積回路が内蔵されており、ユーザーの国際移動体加入者識別番号(IMSI)とそれに対応するキーが格納されています。これらのキーは、携帯電話ネットワークの加入者を識別および認証するために使用されます。
携帯電話は一般的にLCDまたはOLEDディスプレイを搭載していますが、スマートフォンなど一部の機種にはタッチスクリーンが搭載されています。1990年代以降、携帯電話は電話としての主な機能とは直接関係のない機能も搭載するようになりました。これには、テキストメッセージ、カレンダー、目覚まし時計、個人用スケジュール管理、カメラ、音楽プレーヤー、ゲーム、そして後にはインターネットアクセスやスマートフォン機能などが含まれます。ほぼすべての携帯電話は、 SMS (ショートメッセージサービス)プロトコルを介して他のユーザーにテキストメッセージを送信する機能を備えています。マルチメディアメッセージサービス(MMS)プロトコルを使用すると、ユーザーは写真、音声ファイル、動画ファイルなどのマルチメディアコンテンツを送受信できます。長年にわたり機能が向上してきたため、多くの種類の携帯電話、特にスマートフォンでは、動作にオペレーティングシステムが必要になります。過去に人気があった携帯電話のオペレーティングシステムには、Symbian、Palm OS、BlackBerry OS、Windowsの携帯電話版などがあります。2022年現在、最も使用されているオペレーティングシステムは、GoogleのAndroidとAppleのiOSです。[ 45 ] [ 46 ]
スマートフォンの時代以前は、携帯電話はノキア、モトローラ、エリクソンといった通信機器専門の企業によって製造されることが一般的でした。スマートフォンの登場以降、携帯電話メーカーにはアップル、サムスン、シャオミといった家電メーカーも含まれるようになりました。[ 46 ]
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2022年現在、携帯電話のほとんどはスマートフォンであり、携帯電話とパーソナルコンピューティングデバイスが同じユニットに組み合わされています。ほとんどのスマートフォンは、主にグラフィカルユーザーインターフェイスとタッチスクリーンを使用して操作されます。多くの電話機には、 Apple iPhoneのSiriなどの補助的な音声ユーザーインターフェイスがあり、デバイスの多くの機能を操作できるほか、ユーザーが音声コマンドを使用してインターネットと対話することもできます。通常、英数字のテキスト入力は画面上の仮想キーボードで行いますが、小さな物理キーボードを備えたスマートフォンもあります。スマートフォンは、セルラーネットワークとWi-Fiを介してインターネットデータにアクセスする機能を提供し、通常、BluetoothまたはUSBやLightningコネクタなどの有線インターフェイスを介して他のデバイスに直接接続できます。
スマートフォンは、アプリを実行できるため、以前の携帯電話に比べて機能が大幅に拡張されています。インターネット アクセスとカメラの内蔵により、スマートフォンでは IP 接続を介してビデオ通話に簡単にアクセスできます。また、スマートフォンは多数のウェブ サービスとウェブ アプリにアクセスできるため、従来のコンピュータと同様の機能が得られますが、比較的小さな画面サイズとキーボードのサイズによって制限されることがよくあります。通常、スマートフォンには、カメラ、メディア プレーヤー、ウェブ ブラウザー、電子メール クライアント、対話型マップ、衛星ナビゲーション、コンパス、加速度計、GPS受信機などのさまざまなセンサーなどのツールが搭載されています。音声通話に加えて、スマートフォン ユーザーは、SMS、MMS、電子メール、 iMessageなどのさまざまな独自のメッセージング サービス、さまざまなソーシャル メディア プラットフォームなど 、さまざまなメッセージング形式を使用して通信するのが一般的です。
2002年には世界人口のわずか10%が携帯電話を利用していましたが、2005年にはその割合は46%にまで上昇しました。[ 47 ] 2009年末までに、携帯電話と固定電話の加入者数は世界全体で約60億人に達しました。これには、固定電話加入者が12億6000万人、携帯電話加入者が46億人が含まれます。[ 48 ]

衛星電話(サットフォン)は、携帯電話のように地上のセルサイトではなく、地球を周回する衛星を介して無線リンクで他の電話または電話ネットワークに接続するタイプの携帯電話です。したがって、空が開けていて、電話と衛星の間に見通し線がある限り、地球上のほとんどの地理的な場所で使用できます。特定のシステムのアーキテクチャに応じて、カバレッジは地球全体または特定の地域のみになります。衛星電話は地上の携帯電話と同様の機能を提供し、ほとんどのシステムで音声通話、テキストメッセージ、および低帯域幅のインターネットアクセスがサポートされています。衛星電話の利点は、固定電話や携帯電話ネットワークなどのローカルの地上通信インフラストラクチャが利用できない地域でも使用できることです。
衛星電話は、遠隔地への遠征、狩猟、釣り、海洋部門、人道的任務、出張、そして信頼できる携帯電話サービスがないアクセス困難な地域での鉱業で人気があります。[ 49 ]衛星電話は地球上の自然災害や戦争などの人為的な行為によって中断されることはめったにないため、地元の通信システムが危険にさらされる緊急事態において、信頼できる通信ツールであることが証明されています。 [ 50 ]