電話の仕組み｜声は空中を飛んでいる！？どうやって遠くへ届く？
公開日： 2024/03/28
今では、電話を通じて世界中の人と会話できるのが当たり前になっています。しかし、電話はどのような仕組みで、私たちの声を遠くにいる特定の相手に届けているかを知っていますでしょうか？今回は、そんな電話の仕組みについてわかりやすく説明します。
電話で声はどうやって遠くにいる人へ届くの？
電話を使って遠くの人と会話する仕組みは、大きく分けて（1）声を電気信号で表す技術と、（2）特定の相手にその電気信号を伝える技術、の2つから構成されています。まずは、（1）私たちの声を電気信号に変える技術について解説します。
声は「電気の振動」や「電波」に変わって一瞬で遠くに届く！
電話の仕組みをイメージするときに役立つのは「糸電話」です。糸電話は、2つの紙コップの底を糸でつなげたものですが、少し離れた相手に声を伝えることができます。声の正体は空気の振動なので、声は紙コップを振動させます。紙コップの振動は糸を通してもう一つの紙コップに伝わり、もう一つの紙コップの振動は空気の振動となって相手の耳に届きます。機械の電話も基本的な仕組みは糸電話と同じですが、振動が伝わるのではなく、振動を電気信号に置き換えたものが伝達されています。電話機には音声を電気信号に変換する装置と、電気振動から音声に変換する装置が入っているので、私たちの耳にはお互いの声が届きます。
家や会社にある固定電話では、声は電話線を通っている！
家や会社にある固定電話では、私たちの声から作られた電気信号が電話線を通って相手の電話機に届きます。この電話線は世界中につながっているものですが、電話会社が電気信号を特定の相手に届くような仕組みを用意しているので、相手の電話機にだけ声を届けることができます。
いつでもどこでも電話がつながる携帯電話！声は電波になって空気中を飛んでいる！
携帯電話には電気信号を伝える電話線がありません。携帯電話では電気信号を電波として飛ばして声を伝えています。電波とは、空間を伝わる電気の波のことで、この波の間隔（周波数）によってさまざまな種類があります。携帯電話に使われているのは、1秒間に7億回以上も振動する電波です。携帯電話を使ったデータのやり取りがどんどん増えていることに合わせて、携帯電話のために使用する電波の種類も増加してきています。
話したい人に電話がつながる仕組み
次は、電話が特定の相手にだけ声を伝える仕組みを紹介します。日本だけでも何千万台とある電話の中から、どうやって特定の通話相手を見つけているのでしょうか？
電話の声が通る道順は？
固定電話の場合、声が電話機で電気信号に変換された後、電話線を通って電話会社の施設に送られます。この施設には、特定の相手に向けて情報を送るための交換機があり、各地から集まる電気信号の交通整理を行っています。今ではコンピューターが導入された交換機が自動で作業を行っていますが、昔は交換機の配線を手作業でつなぎ変えて相手方の電話機と接続していました。古い時代の映画やアニメを見ると、一旦「電話交換手」という電話会社の担当者につながった後、電話交換手が大きな機械を操作して電話の相手を呼び出すシーンが描かれていることがあります。携帯電話の場合も基本的には同じですが、電波は各地に設置された基地局を経由して、相手の近くにある基地局に送られます。基地局と基地局の間をつなぐ交換局が設置されていて、各地の基地局から送られてくる電気信号を適切に振り分けています。
電話番号はどうやって決まっている？
電話の話し相手を指定するために、電話番号が割り振られています。この電話番号には一定のルールがあるので、自由に決めることはできません。日本の一般的な電話番号の場合、「0＋（市外局番）＋（市内局番）＋加入者番号」という形になっています。市外局番は地域ごとに割り当てられた番号で、東京都23区の市外局番は「3」、大阪市などを除く近畿地方では7から始まる2～3桁の数字が設定されています。市内局番は、もっと狭い地域ごとに割り振られた番号で、市外局番と市内局番の組み合わせによって特定の地域の電話番号であることが分かります。加入者番号は個々の電話機に割り当てられた番号です。警察につながる「110」や消防、救急の「119」は、一般の電話と違って「0」から始まっていないので、電話会社が特別な電話だと見分けやすくなっています。
限られた場所の中に作られる電話のネットワークもある
企業のように多くの人が働いている場所では、電話会社が設置した交換機を通らない電話回線が準備されていることがあります。これは内線電話と呼ばれる仕組みで、一般的な電話（外線電話）とは区別されます。内線電話は、企業内の電話機同士が電話回線でつながれているので、電話会社のネットワークを使わずに通話できます。そのため、内線通話には通話料金がかかりません。内線電話の各電話機には内線番号が割り振られているので、会社の外からかかってきた電話を、企業内の他の電話機に転送できます。その他にも仕事に役立つ機能がたくさん用意されているので、企業のオフィスでは、ボタンがたくさんついたビジネスフォンを電話機でよく使います。
電話はいつからあるの？だれが作ったの？
現代の生活には欠かせないコミュニケーション方法となった電話ですが、その歴史は意外に古く、今から150年以上前にはすでに電話機の原型が開発されています。
電話を発明した人
現在では、電話を最初に発明したのは「アントニオ・メウッチ」というイタリア人だと言われています。メウッチは1850年代から電話の試作機を制作していたようです。しかし、長い間、電話を発明したのは「アレクサンダー・グラハム・ベル」というアメリカ人だと言われてきました。彼が電話機を作ったのは1876年で、この年にアメリカのフィラデルフィアで行われた万国博覧会でデモンストレーションを行い、注目を集めました。ベルは電話に関する「特許」をとったことでその名前が広く知られています。特許とは、その発明を真似されない権利のことで、発明者の収入を確保するための大切な権利です。ベルが作った電話会社は、現在でもアメリカで一番大きな電話会社として存続しています。
電話が発明された年代
電話に関する技術は19世紀に大きく発展しました。この時代には、声を遠くに伝えるためのさまざまなアイディアがアメリカやヨーロッパで生まれています。あの有名なエジソンも電話機の発明に取り組んでいましたが、大きな成功には至らなかったようです。その後、電話に関する技術の進歩が進んだことで世界中の人が利用できるようになりました。
電話が発明された背景
電話が発明された19世紀は、産業革命と呼ばれる、機械を利用した工業化が進んだ時代でもあります。この時代にはたくさんの便利な道具が発明されて、生活がどんどん近代化してきました。電話が発明されるまで、遠くの人とコミュニケーションをとるには、手紙や電報が使う必要がありました。どちらもお金がかかる割に時間がかかったり、送ることができる情報が限られていたりといった欠点がありました。電話には、その場で多くの言葉を直接伝えることができるメリットがありました。
電話は科学技術の結晶！見えないところで先端技術が大活躍
電話は私たちの日常生活に欠かせないコミュニケーションツールであり、その仕組みや発明の歴史は非常に興味深いものです。声が電気信号に変換され、遠くの相手のもとに届く仕組みには、さまざまな科学技術が活用されています。その技術は現在でもどんどん発展を続けていて、スマートフォンで動画やWebサイトも見られるようになりました。もし興味がわいたら、電話に関する技術をより深く学んでみるのがおすすめです。数学や理科の内容との関係に気が付くと、普段の勉強が一味違って感じられるかもしれません。