الهاتف أوالتلفون Telephone آله أوجهاز يستخدم لنقل الصوت بشكل فوري بين مكانين متصلين بخط هاتف نم خلال البدالة ويوجد هاتف على جميع طرف منهما، يختلف حول من أول من اخترعه فيرده البعض إلى جراهام بل ولكن يغلب انقد يكون الإيطالي أنطونيوميوتشي قد اخترعه في 1848.

اعترف الكونغرس الاميركي رسميا في سنة 2002م بأن ميوتشى هوالمخترع الحقيقى للتليفون وذلك بعد مرور 133 عاما على موته عام 1889.

الهاتف جهاز إرسال وإستقبال موصل بأسلاك مع مقسم رئيسي يربط بين عدد من المشهجرين بإستخدم دوائر إلكترونية مركبة في مقسمات رئيسة تتغذى بتيار تابث مقداره -48 فولت تولد هذه الدوائر ما يعهد بالخطوط الهاتفية التي يتم برمجتها بأرقام تميز المشهجرين عن بعضهم وتمكنهم من الإتصال فيما بينهم من خلال توليد نغمة الإتصال التي يسمعها جميع مشهجر عند حمله سماعة الهاتف.

ويستخدم مصطلح الهاتف أحياناً للإشارة إلى النظام الهاتفي كله شاملاً الشبكة الهاتفية والمقاسم التحويلية وتجهيزات أخرى.

ومصدر حدثة الهاتف اللاتينية telephone مشتق من الجذرين اليونانيين Tele الذي يعني البعيد، وphone الذي يعني الصوت.

نظرة تاريخية

اعتقد عدد من المخترعين بإمكانية نقل الإشارات الصوتية عبر الأسلاك وسعوا من أجل تحقيق ذلك. وقد طالب عدد من المخترعين مثل الأمريكيّين دانيل دراوبوDaniel Drawbaugh وإليشا گراي Elisha Gray والألماني يوهان فيليب ريس Johann Philipp Reis بأحقية ذلك الاختراع، إلا حتى المحكمة التي بتت في تلك النادىوى القضائية قضت بأن ألكسندر گراهام بل Alexander Graham Bell هوصاحب الحق في ذلك استناداً إلى براءة الاختراع التي مُنحت له في آذار/مارس عام 1876 لقاء تطويره لجهاز يرسل الصوت البشري عبر الأسلاك الكهربائية (الشكل 3).

اتى اكتشاف بل للهاتف مصادفة في أثناء إجرائه ومساعده توماس واطسن Thomas Watson تجارب على جهاز تلغراف تجريبي. فصمم مرسلاً ومستقبلاً نجح في تشغيله في العاشر من آذار/مارس عام 1876، وكانت حدثات أول نقل هاتفي في العالم نداء بل لمساعده: «واطسن هلم إلي» فسمعه عبر الجهاز وهوفي غرفة أخرى.

وقد تم إدخال تعديلات على جهاز الهاتف على مدى العشرين عاماً التي تلت من قبل بل (الشكل 4) وواطسن وإميل برلينر Emil Berliner وتوماس ألفا إديسون Thomas Alva Edison وآخرين، ليصل إلى شكل لم يخضع بعدها لأي تغيير جذري طوال قرن من الزمن. وبعد اختراع الترانزيستور في عام 1947 تم إبدال الدارات المصغَّرة ومن ثم الأجهزة الخفيفة الوزن بالكيانات الصلبة الثقيلة والأسلاك المعدنية. كما جاز تطور الإلكترونيات بتحسين أداء التصميم الأساسي من جهة، وبإدخال عدد من السمات الذكية كإعادة الطلب آلياً وتحديد رقم الطالب، وتحويل الإشارات من تماثلية إلى رقمية ليتوافق وتقنيات الإرسال الرقمية الحديثة (الشكل 5).

كيفية عمل الهاتف

يسمى جزء الهاتف الذي يمسكه الشخص لإجراء مكالمة ما طقم اليد أوالسماعة. ولهذا الجهاز بترة للأذن وبترة للفم. وقبل إجراء المكالمة، يستمع الشخص لبترة الأذن بحثًا عن نغمة الإدخال، حيث يشير هذا الصوت إلى وجود خط جاهز للخدمة وإجراء المكالمة. ثم يدخل المتحدث رقم الهاتف الخاص بالهاتف المراد الاتصال به. وتستخدم الشبكة الهاتفية هذه الأرقام لإحداث الاتصال بين الهاتفين. وعندما يتحدث طالب المكالمة في بترة الفم، يغير الهاتف موجات صوت الشخص إلى تيار كهربائي. وتستخدم الشبكة الهاتفية نبائط متنوعة لتوليد نسخة مماثلة تقريبًا للتيار في هاتف الشخص الذي يجري التحدث معه. ويحول هذا الهاتف التيار إلى موجات صوتية تشبه إلى حد كبير موجات صوت الشخص الذي طلب المكالمة.

وللهاتف ثلاثة أجزاء رئيسية: 1- آلية إدخال 2- مرسِل 3- مستقبِل.

مبدأ الهاتف

يتكون الكلام من أمواج صوتية أواهتزازات ميكانيكية تصدر عن الأوتار الصوتية ويحملها الهواء. ويحدث الشعور بالسمع عندما تضرب تلك الاهتزازات طبلة الأذن eardrum متسببة باهتزازها مما يحرض الأعصاب السمعية. ولما كانت الإشارات الصوتية الصادرة عن الإنسان تخضع لتضعيف كبير في الهواء فإنه من غير الممكن نقلها عبر المسافات من دون تحويلها إلى شكل أكثر ملائمة للإرسال.

ويقوم مبدأ الهاتف على تحويل اهتزازات الصوت إلى إشارات كهربائية في طرف الإرسال، وهوالدور الذي يضطلع به المرسل transmitter، في حين يقوم المستقبل receiver في الطرف الآخر بإجراء العملية المعاكسة، وهي تحويل الإشارات الكهربائية إلى اهتزازات صوتية.

ويوجد المرسل والمستقبل معاً في كلا الطرفين لضمان اتصال ثنائي الاتجاه، ويطلق على تلك الكتلة المشهجرة اسم مرسل - مستقبل transceiver.

آلية الإدخال

تمكن طالب المكالمة الهاتفية من إدخال أرقام الهواتف، وهجرب في بعض الهواتف في طقم اليد، بين بترة الأذن وبترة الفم، أوتكوِّن جزءًا من وحدة قاعدية منفصلة، موصلة بسلك إلى طقم اليد.

وفي كثير من الهواتف الحديثة، تتكون آلية التدوير من طقم من الأزرار أوالمفاتيح يسمى وسادة المفاتيح. ولوسادة المفاتيح العادية 12 مفتاحًا ـ مفاتيح الأرقام من صفر إلى 9، والمفتاح * والمفتاح #. وعند الضغط عليه، يولد جميع مفتاح عددًا معينًا من النبضات الكهربائية، أوزوجًا من النغمات المتحكم فيها بدقة. وتستخدم حواسيب في الشبكة الهاتفية سلسلة النبضات أوالنغمات لتوجيه المكالمة.

وتتكون آلية التدوير في بعض الهواتف من قرص يسمى القرص الدوار، به ثقوب لإدخال الأصابع تمثل الأرقام من صفر إلى 9. ويدخل طالب المكالمة رقم الهاتف بأن يدير القرص ثم يهجره، حيث تولد هذه العملية نبضات كهربائية.

المرسِل

ويسمى أيضًا الميكروفون، وهويحول موجات صوت الشخص إلى تيار كهربائي، ويرسل هذا التيار إلى الشبكة الهاتفية. ويركب المرسل في السماعة، وراء بترة الفم. وهناك نوعان رئيسيان من المرسلات الهاتفية: 1- المرسل الكربوني التقليدية:التي طورت في الثمانينات من القرن التاسع عشر، وفيها تقوم طبقة رقيقة من حبيبات الكربون بفصل مسرى electrode ثابت عن مسرى متحرك بعمل طبلة الهاتف diaphragm. وتُجبر طبلة الهاتف - التي تهتز استجابة لصوت المتحدث - المسرى المتحرك على إحداث تغيرات في الضغط على طبقة الكربون، وينجم عن ذلك تغيرات في المقاومة الكهربائية ومن ثَم تغيرات في التيار الكهربائي المار عبر الكربون.

2- ميكروفون الكهريت الوريقي:التي طورت في السبعينات من القرن العشرين، تم فيها إبدال صفيحة لدائنية رقيقة، مطلية بمعدن ناقل في أحد وجهيها بالطبقة الكربونية. ويفصل اللدن تلك الطبقة المطلية عن مسرى معدني آخر. وتتسبب الاهتزازات الناجمة عن الكلام بتغيرات في الحقل الكهربائي الذي ينتج بدوره تغيرات صغيرة في الفلطية voltage. ويتم تضخيم تلك الفلطيات من أجل إرسالها عبر الخط الهاتفي.

المرسل الكربوني

يتكون من جزءين رئيسيين، هما الطبلة والغرفة الكربونية. والطبلة بترة رقيقة مستديرة من الألومنيوم. وتقع الغرفة الكربونية خلف الطبلة، بين طرفين كهربائيين، وتحتوي على عدد كبير من الحبيبات الكربونية الصغيرة الحجم، ينتقل عبرها تيار كهربائي بفولتية (جهد) منخفضة. وتتكئ قبة نحاسية صغيرة مطلية بالمضى وموضوعة أسفل الطبلة، على الغرفة الكربونية.

وعندما يتحدث الشخص تسبب موجات صوته اهتزاز الطبلة، حيث يحدث الصوت العالي اهتزازًا قويًا، بينما يحدث الصوت الناعم اهتزازًا ضعيفًا. وتسبب حركة الطبلة اهتزاز القبة داخل الغرفة الكربونية. ويضغط جميع اهتزاز على الحبيبات الكربونية، حيث يحدث الاهتزاز الصغير ضغطًا خفيفًا على الحبيبات، بينما يعصرها الاهتزاز الكبير عصرًا قويًا فيما بينها. وحدثا كان الضغط كبيرًا على الحبيبات زادت سهولة مرور التيار الكهربائي خلالها، إلى غير ذلك يزداد سريان التيار الكهربائي حدثا ارتفع الصوت.

ميكروفون الكهريت الوُرَيْقي

وهومزود بطبلة مستديرة، تتكون من بترة رقيقة من بلاستيك مشحون كهربائيًا، ومطلية بغطاء فلزي في أحد وجهيها. وهذه الطبلة، التي تسمى الكهريت الوريقي، موضوعة على قرص فلزي مجوف يسمى اللوحة الخلفية، بحيثقد يكون الغطاء الفلزي بعيدًا عن اللوحة.

تلمس الطبلة اللوحة الخلفية في أماكن محددة فقط. وفي مناطق أخرى، تفصل جيوب هوائية الطبلة عن اللوحة الخلفية، حيث تهتز الطبلة في هذه الجيوب عندما تصدمها موجات صوتية.

وتحدث الشحنة الكهربائية التي تحملها الطبلة مجالاً كهربائيًا بين الطبلة واللوحة الخلفية. وتعتمد قوة هذا المجال إلى حد ما على المسافة بين الطبلة واللوحة الخلفية.

وعندما يتحدث الشخص تصدم الموجات الصوتية الطبلة، فتغير الاهتزازات الناتجة المسافة بين الطبلة واللوحة الخلفية، وبالتالي قوة المجال الكهربائي. وتحدث هذه التغييرات في قوة المجال تغييرات مماثلة في التيار الكهربائي.

المستقبِل

يحول التيار الكهربائي القادم عبر خط الهاتف إلى نسخة من صوت المتحدث. ويركب المستقبل في طقم اليد، في مكان وراء بترة الأذن.

وفي المستقبل، تحاط طبلة حديدية محفوظة داخل إطار مرن بمغنطيس دائم حلقي الشكل، يجذب الطبلة باستمرار. ويتصل مغنطيس آخر يسمى المغنطيس الكهربائي بالطرف الآخر للطبلة. وهذا المغنطيس مصنوع من فلز ملفوف بسلك.

وعندما ينساب التيار الكهربائي في السلك الملفوف، يصبح المغنطيس الكهربائي ممغنطًا. ويتحرك هذا التيار في اتجاهين، حيث تزيد المغنطيسية الناتجة عن حركة التيار في أحد الاتجاهين قوة جذب المغنطيس الدائم، وتجعلها تجذب الطبلة بقوة أكبر، بينما تقلل المغنطيسية الناتجة عن حركة التيار في الاتجاه الآخر قوة المغنطيس الدائم، وتخفض جذبها للطبلة. ويجعل التغير في الجذب الطبلة تهتز بنفس المعدل، حيث تجذب الهواء أمامها، وتدفعها، محدثة بذلك تغيرات في الضغط، وتولد موجات صوتية تكاد تكون نفس موجات صوت المتحدث. ويستمع السامع إلى نسخة طبق الأصل من صوت المتحدث.

لوحة الأرقام dialer

وتُستخدم لإدخال رقم الشخص الذي يرغب المستخدم التحدث معه. وتُفعِّل الإشارات التي تولدها اللوحة المبدّلات في المقسم المحلي فتنشئ مساراً للإرسال بين الطالب والمطلوب. وهي على نوعين: قرص دوار rotary أوأزرار ضاغطة push-button. ويوجد في كلا النظامين مكثِّف ومقاومة لمنع إشارات التدوير من المرور في دارة الرنين.

الأجزاء الإضافية

وتضم أولاً منبع الاستطاعة، حيث يتم تشغيل المرسلات منذ تصميم بل بإجراء تغييرات في التيار المباشر الذي يقدمه منبع استطاعة مستقل. إذ إذا التيار الكهربائي المولد من قبل المرسل الذي كان يغذي الدارة في أولى الهواتف التجريبية لم يكن كافياً لإنتاج كلام مفهوم في المستقبلات البعيدة. ولكن بدءاً من نهاية القرن التاسع عشر اضطلعت المقاسم التحويلية المحلية بمهمة توليد التيار وإرساله عبر دارة ثنائية السلك يُطلق عليها اسم الحلقة المحلية local loop.

وهناك أيضاً حامل السماعة switch hook وهوآلية ميكانيكية لفتح تماس معدني وإغلاقه (حلت محلها فيما بعد مرحلات ترانزيستورية) تسمح بوصل جهاز الهاتف بالتيار المباشر القادم عبر الحلقة المحلية.

ويضاف إلى ذلك آلية الرنين ringer التي تنبه المستخدم إلى اتصال قادم بوساطة إرسال نغمة مسموعة أورنين. وهناك نوعان من آليات الرنين: الميكانيكية والإلكترونية، وكلاهما يُفعَّل بتيار متناوب فلطيته 75 فولط وتردده 20هرتز يولده المقسم التحويلي.

وأخيراً دارة منع النغمات الجانبية anti-sidetone، وهي مجموعة من المحوِّلات والمقاومات والمكثِّفات وظيفتها الأساسية تخفيض النغمات الجانبية المتمثلة في استعادة سماعة الهاتف لأصوات يلتقطها «مكروفون» الجهاز نفسه. كما يقوم بمواءمة الممانعة الكهربائية المنخفضة لدارات جهاز الهاتف مع الممانعة الكهربائية العالية لخط الهاتف.

صناعة الهاتف

صناعة الهاتف، والتي تُسمَّى أيضًا الاتصالات الهاتفية، من أقوى الصناعات في العالم، وأكثرها ربحًا.

وتوفر معظم الحكومات الخدمات الهاتفية، ولكنها اتجهت إلى بيعها إلى القطاع الخاص منذ ثمانينيات القرن العشرين. وفي بعض الدول، مثل المملكة المتحدة والولايات المتحدة، تنظم صناعة الهاتف هيئات حكومية. وقد أنتجت الاستثمارات الحكومية والخاصة تقنيات جديدة لتحديث الخدمات الهاتفية وتطويرها في جميع أنحاء العالم.

وتستخدم دول عديدة، مثل أستراليا وماليزيا ونيوزيلندا، أقمار اتصالات لربط الشبكة الهاتفية. ويعمل نظام اتصال بالموجات الدقيقة أيضًا في أستراليا وجنوب إفريقيا وماليزيا وجزر الهند الغربية وأجزاء أخرى من العالم. ويمتد كبل ليفي بصري من جزر فرجينيا إلى برمودا حيث يلتقي بنظم الاتصالات في هونج كونج ولندن ونيويورك وطوكيو. وترتبط جزر الهند الغربية بالولايات المتحدة أيضًا بكبل كهربائي تحت بحري، كما تمتلك دول أخرى، مثل الهند وماليزيا ونيوزيلندا بكوابل تحت بحرية

تطور الهاتف

جرى إدخال كثير من الخدمات والتجهيزات الجديدة في الأنظمة الهاتفية منذ اختراع بل لجهازه الهاتفي. فمن الهاتف الثابت إلى الهاتف من دون سلك cordless ، فالهاتف المرئي فالتقنيات الرقمية، فتراسل المعطيات والصور. ثم اختراق الهاتف المحمول (الخلوي) mobile في نهاية السبعينات من القرن العشرين لقطاع الاتصالات وتطور خدماته محققاً نمواً مطرداً فاق وتيرة نموالهاتف الثابت الذي ما زال يحظى حتى الوقت الراهن بحصة الأسد في سوق الاتصالات.

الآفاق المستقبلية

لعل التطور الأهم الذي سينهي الارتباط المديد للهاتف بالصوت هوما يُرى من دمج لخدمات الاتصالات عموماً من هاتفية ومرئية ومعلوماتية. وإذا كان الهاتف التقليدي قد قاوم حتى اليوم موجة الإنترنت مستنداً إلى الانتشار الكبير لطرفياته وانخفاض كلفتها واعتياد الناس على الخدمات التي طالما قدمها طوال أكثر من قرن من الزمن، إلا حتى تقنيات الهاتف عبر الإنترنت voice over internet protocol التي تتطور تدريجياً قد تقلب الموازين لتجعل تبادل الكلام أوالمعلومات الهاتفية وظيفة من وظائف الإنترنت مهمِّشة بذلك شركات الهاتف التقليدية وبناها التحتية.

انظر أيضاً

• الهواتف الثابتة
• الهواتف الننطقة

براءة الاختراع

• US 174,465 -- Telegraphy (Bell's first telephone patent) -- Alexander Graham Bell
• US 186,787 -- Electric Telegraphy (permanent magnet receiver) -- Alexander Graham Bell
• US 474,230 -- Speaking Telegraph (graphite transmitter) -- Thomas Edison
• US 203,016 -- Speaking Telephone (carbon button transmitter) -- Thomas Edison
• US 222,390 -- Carbon Telephone (carbon granules transmitter) -- Thomas Edison

• US 485,311 -- Telephone (solid back carbon transmitter) -- Anthony C. White (Bell engineer) This design was used until 1925 and installed phones were used until the 1940s.
• US 3,449,750 -- Duplex Radio Communication and Signalling Appartus -- G. H. Sweigert
• US 3,663,762 -- Cellular Mobile Communication System -- Amos Edward Joel (Bell Labs)
• US 3,906,166 -- Radio Telephone System (DynaTAC cell phone) -- Martin Cooper et al. (Motorola)

المصادر

الموسوعة المعهدية الكاملة

• Coe, Lewis (1995), The Telephone and Its Several Inventors: A History, McFarland, North Carolina, 1995. ISBN 0-7864-0138-9
• Evenson, A. Edward (2000), The Telephone Patent Conspiracy of 1876: The Elisha Gray - Alexander Bell Controversy, McFarland, North Carolina, 2000. ISBN 0-7864-0883-9
• Baker, Burton H. (2000), The Gray Matter: The Forgotten Story of the Telephone, Telepress, St. Joseph, MI, 2000. ISBN 0-615-11329-X
• Huurdeman, Anton A. (2003), The Worldwide History of Telecommunications, IEEE Press and J. Wiley & Sons, 2003. ISBN 0-471-20505-2
• Josephson, Matthew (1992), Edison: A Biography, Wiley, 1992. ISBN 0-471-54806-5
• Bruce, Robert V. (1990), Alexander Graham Bell and the Conquest of Solitude, Cornell University Press, Ithaca, 1990.

قراءات اخرى

• Robert Sobel, The Entrepreneurs: Explorations Within the American Business Tradition (Weybright & Talley 1974), ISBN 0-679-40064-8.
• Kenneth P. Todd,

وصلات خارجية

مشاع الفهم فيه ميديا متعلقة بموضوع Telephone.

• 1911 Britannica "Telephone" article
• Virtual museum of early telephones
• The Telephone, 1877
• Modelling Telephone hybrids as 2 x 2 matices