كيف يعمل الهاتف الأرضي (الهاتف الثابت)

على الرغم من أن معظمنا اعتبر وجوده أمرًا حتميًا، فإن الهاتف الذي تمتلكه في منزلك هو أحد أروع الأجهزة التي صُنعَت على الإطلاق. فإذا رغبت بالتحدث إلى شخص ما، كل ما عليك فعله هو التقاط الهاتف والنقر على بعض الأرقام لتجد نفسك متصلًا بذلك الشخص، إذ يمكنك خوض محادثة ثنائية الاتجاه.

تمتد شبكة الهاتف الأرضي في جميع أنحاء العالم، لذلك يمكنك الوصول إلى أي شخص تقريبًا على الكوكب. تدرك روعة الهاتف عندما تقارن الوضع الآن مع الوضع الذي كان سائدًا منذ 100 عام فقط؛ إذ كان يستغرق الأمر ربما عدة أسابيع للحصول على اتصال باتجاه واحد كرسالة مكتوبة لشخص ما.

تعتقد أن الهاتف الأرضي هو أحد أبسط الأجهزة التي تمتلكها. إنه بسيط جدًا لأن الاتصال الهاتفي إلى منزلك لم يتغير منذ حوالي قرن من الزمن. فإذا كنت تملك هاتفًا قديم الطراز من عشرينيات القرن التاسع عشر، يمكنك وصله بمقبس الحائط في منزلك وسيعمل بشكل جيد!

في هذا المقال، سنلقي نظرةً على جهاز الهاتف الذي تمتلكه في منزلك وشبكة الهاتف المتصل بها لتتمكن من إجراء واستقبال المكالمات.

سيبدو أبسط هاتف أرضي يعمل هكذا من الداخل:

هاتف أرضي بسيط

كما ترى، يحتوي فقط على ثلاثة أجزاء بسيطة:

مفتاح تبديل switch: لوصل أو فصل الهاتف إلى الشبكة، يدعى هذا المفتاح عمومًا باسم مفتاح الربط hook switch؛ إذ يتصل حالما ترفع مقبض السماعة.
مكبر الصوت speaker: بنسبة تكبير عمومًا 50% ومقاومة 8 أوم لبعض الأصناف.
مذياع microphone: قديمًا، كانت الميكروفونات الهاتفية بسيطةً، حبيبات كربونية مضغوطة بين صفيحتين معدنيتين رقيقتين. تقوم الموجات الصوتية الصادرة من صوتك بضغط الحبيبات وتخلخلها، ما يسبب تغيرًا في مقاومة الحبيبات وتعديل التيار المتدفق عبر الميكروفون.

هذا هو ببساطة! يمكنك طلب هذا الهاتف البسيط عبر النقر السريع على مفتاح التبديل، لا تزال جميع مفاتيح الهواتف تتعرف على “طلب الاتصال النبضي”. فإذا التقطت الهاتف ونقرت بسرعة على مفتاح التبديل أربع مرات، فإن مفتاح تبديل شركة الهاتف سيعرف بأنك طلبت الرقم “4”.

المشكلة الوحيدة في الهاتف الموضح في الأعلى هو أنك عندما تتحدث ستسمع صوتك من خلال مكبر الصوت.

يعتبر معظم الناس ذلك مزعجًا، لذلك يحتوي أي هاتف حقيقي على جهاز يدعى “ملف مزدوج” duplex coil، وظيفته منع الصوت الصادر عن كلامك من الوصول إلى أذنك. تحتوي الهواتف الحديثة على جرس باستطاعته أن يرن، وكذلك تحتوي على لوحة مفاتيح مزودة بنغمة عند اللمس ومولد تردد. يبدو الهاتف الحقيقي كما يلي:

هاتف أرضي حقيقي

يوجد في الهواتف الحديثة ميكروفونات إلكترونية، ومضخم ودارةً تحل محل حبيبات الكربون وملف التحميل. استُبدل الجرس الميكانيكي غالبًا بمكبر ودارة لتوليد نغمة رنين غير مزعجة. ولكن تبقى الهواتف ذو 6.95 دولارًا المألوفة أحد أبسط الأجهزة على الإطلاق.

أسلاك وكابلات

كيف يعمل الهاتف الثابت كيف يعمل الهاتف الأرضي الهواتف المتصلة بالأسلاك نغمات الهواتف الثابتة كيف ترسل الهواتف الأرضية الصوت عبر الأسلاك

الأسلاك والكابلات النحاسية تربط هاتف منزلك بشبكة اتصالات واسعة

تبدأ شبكة الهاتف الأرضي في منزلك. يُسحب سلك نحاسي مزدوج من صندوق على جانب الطريق إلى صندوق في منزلك؛ يدعى غالبًا جسر الدخول.

ومن هناك يوصل السلك المزدوج إلى أي مقبس للهاتف؛ عادةً تُستخدم الأسلاك الحمراء والخضراء. وإذا كان في بيتك خطان للهاتف، عندها سيُسحب سلكان مزدوجان منفصلان من الصندوق الموجود على جانب الطريق إلى منزلك. يُلوَن الزوج الثاني –الموجود في المنزل- عادةً باللونين الأصفر والأسود.

على طول الطريق يوجد كابل محزم برزم مؤلفة من مئة زوج نحاسي أو أكثر. وبناءً على موقعك، سيُسحب هذا الكابل السميك مباشرةً إلى مفتاح تبديل الشركة في منطقتك أو إلى صندوق بحجم ثلاجة؛ الذي يعمل كالمجمّع الرقمي.

الرقمنة والتوصيل:

تقوم المجمعات بتحويل صوتك إلى أرقام بمعدل أخذ عينات 8000 عينة كل ثانية بدقة 8 بت، ثم يجمع صوتك مع العشرات من أصوات الآخرين ويرسلها كلها عبر سلك واحد -يكون عادةً عبارةً عن كبل مجدول coax أو كبل ليف ضوئي- إلى مكتب شركة الهاتف. في الحالتين، يتصل خطك ببطاقة خط إلى مفتاح التبديل لذلك تستطيع سماع نغمة الاتصال عند التقاط هاتفك (النغمة المستمرة).

إذا كنت تتصل بشخص متصل مع نفس المكتب، عندها سيقوم المبدل بإنشاء حلقة اتصال بين هاتفك وهاتف الشخص الذي تتصل به. أما إذا كانت مكالمة لمسافة طويلة، عندها يُحوَل صوتك إلى أرقام ثنائية ويُجمع مع ملايين الأصوات الأخرى على شبكة الاتصال الطويل. ينتقل صوتك طبيعيًا عبر كابل الليف الضوئي إلى مكتب الطرف المتلقي، وربما يُرسل أيضًا بالأقمار الصناعية أو أبراج النقل الميكروي.

إنشاء شبكتك الهاتفية الخاصة:

لا يعتبر الهاتف الأرضي جهازًا بسيطًا فحسب، وإنما يُعد الاتصال بينك وبين شركة الهاتف الأبسط أيضًا. في الحقيقة، يمكنك إنشاء نظام اتصالك الداخلي الخاص بسهولة وذلك باستخدام جهازي هاتف، وبطارية طاقتها 9 فولت -أو وحدة تغذية بسيطة أخرى- ومقاومة قيمتها 300 أوم يمكنك الحصول عليها مقابل دولار واحد من متجر Radio Shack. ويمكنك توصيل الأسلاك كما يلي:

إنشاء شبكة الهاتف الخاصة بك هو عملية أكثر سهولة مما تعتقد. تعلم عن كيفية إنشاء شبكتك الهاتفية أو اتصال داخلي خاص

يتكون اتصالك إلى شركة الهاتف من سلكين نحاسيين. هما عادةً بلوني أحمر وأخضر. السلك الأخضر هو السلك المشترك، والسلك الأحمر يغذي هاتفك بجهد مستمر بقيمة من 6 إلى 12 فولت وتيار بقيمة حوالي 30 ميلي أمبير. إذا كنت تفكر بميكروفون بسيط بحبيبات كربونية، فكل ما يفعله هو تعديل ذلك التيار؛ ليسمح بمرور تيار أقل أو أعلى بناءً على ضغط وتخلخل الحبيبات، ومكبر الصوت على الجانب الآخر يقرأ ويصدر تلك الإشارة المعدلة. هذا كل ما في الأمر!.

أسهل طريقة لتوصيل اتصال داخلي خاص مثل هذا هو الذهاب إلى متجر معدات أو متجر حسومات وشراء مئة قدم من حبال الربط الهاتفية. اقطعها، جرد الأسلاك واربطها بالبطارية والمقاومة كما هو واضح في الأعلى.

تحتوي معظم الحبال الرخيصة على سلكين فقط، ولكن إذا حدث واحتوى الحبل الذي اشتريته على أربعة أسلاك، عندها استخدم السلكين المركزيين. عندما يلتقط شخصان الهاتف معًا، يمكنها التحدث مع بعضهما البعض بشكل جيد. سيعمل هذا الصنف من النظام بمسافات تزيد عن عدة أميال.

جعل الهاتف يرن لإخبار الشخص على الطرف الآخر بأن يلتقطه ليقوم بالرد هو الشيء الوحيد في اتصالك الداخلي الصغير الذي لن تتمكن من فعله. إشارة الرنين هي موجة متناوبة بجهد 90 فولت وتردد 20 هرتز.

النغمات

في نظام الهاتف الحديث، حلّت مفاتيح التبديل الإلكترونية محل مشغلي الشبكة. عندما تلتقط الهاتف، يتحسس مفتاح التبديل ليكمل حلقة التشغيل ويصدر صوت نغمة اتصال تعلم عندها أن المبدل وهاتفك يعملان بشكل جيد. إن صوت نغمة الاتصال هو ببساطة دمج بين نغمة بتردد 350 هرتز ونغمة أخرى بتردد 440 هرتز. انقر هنا لسماع الصوت

بعد ذلك تقوم بنقر الرقم المطلوب باستخدام لوحة المفاتيح المزودة بنغمة عند اللمس. الأصوات المختلفة لكل رقم اتصال هي زوج من نغمتين كما يلي:

1 = 697 هرتز + 1.209 هرتز
2 = 697 هرتز + 1.336 هرتز
3 = 697 هرتز + 1.447 هرتز
4 = 770 هرتز + 1.209 هرتز
5 = 770 هرتز + 1.336 هرتز
6 = 770 هرتز + 1.447 هرتز
7 = 852 هرتز + 1.336 هرتز
8 = 852 هرتز + 1.336 هرتز
9 = 852 هرتز + 1.447 هرتز
*= 941 هرتز + 1.209 هرتز
0 = 941 هرتز + 1.336 هرتز
# = 941 هرتز + 1.447 هرتز

يبدو صوت الرقم النموذجي الذي تطلبه للاتصال كما في الرابط

إذا كان الرقم مشغولًا، ستسمع إشارة انشغال الرقم المكونة من نغمة بتردد 480 هرتز ونغمة أخرى بتردد 620 هرتز، يتكرر زمن تشغيلها لفترة نصف ثانية وإيقافها لفترة نصف ثانية أخرى. . لتبدو كما في الرابط التالي

عرض المجال

تتحدد الترددات المرسلة بعرض مجال يبلغ حوالي 3000 هرتز من أجل إمكانية إرسال المزيد من المكالمات لمسافات كبيرة. حُجبت جميع الترددات في صوتك الأقل من 400 هرتز والأعلى من 3400 هرتز، يبدو صوت الشخص مميزًا على الهاتف لهذا السبب. قارن هذين الصوتين في الرابطين:

الصوت الطبيعي

الصوت نفسه كما يسمع من الهاتف

يمكنك التأكد من حدوث هذه الفلترة في الواقع باستخدام الملفات الصوتية التالية:

اتصل بشخص تعرفه وقم بتشغيل ملف صوتي بتردد 1000 هرتز على حاسوبك، عندها سيكون هذا الشخص قادرًا على سماع النغمة بوضوح. سيكون أيضًا قادرًا على سماع النغمات التي ترددها 2000 هرتز و 3000 هرتز. ورغم ذلك، سيواجه مشكلة في سماع النغمة ذات التردد 4000 هرتز، ولن يسمع أبدًا النغمات ذات التردد 5000 هرتز و6000 هرتز على الإطلاق! ذلك لأن شركة الهاتف قد حجبتهم تمامًا.

اقرأ أيضًا:

موجات صوتية بالغرافين

الموجات الكهرومغناطيسية

كيف يمكن نقل المعلومات الكمومية باستخدام الصوت

ترجمة: فارس بلول

تدقيق: غزل الكردي

مراجعة: أحلام مرشد

المصدر