تويت
هاتف هتف
Telephone and telephony - Téléphone et téléphonie
الهاتف والهتف
الهاتف telephone جهاز مصمم لإرسال الصوت البشري واستقباله في الوقت ذاته. وقد غدا الهاتف أكثر أدوات الاتصال شيوعاً لسهولة استخدامه وانخفاض كلفته وشمولية انتشاره. أما الهتف telephony فهو التقانة المرتبطة بالإرسال الإلكتروني للصوت أو أشكال المعلومات الأخرى بين أطراف بعيدة بوساطة أنظمة ارتبطت تاريخياً بالهاتف.
ويستخدم مصطلح الهاتف أحياناً للإشارة إلى النظام الهاتفي كله شاملاً الشبكة الهاتفية والمقاسم التحويلية [ر. التحويل الهاتفي] وتجهيزات أخرى.
ومصدر كلمة الهاتف اللاتينية telephone مشتق من الجذرين اليونانيين Tele الذي يعني البعيد، وphone الذي يعني الصوت.
مبدأ الهاتف
يتكون الكلام من أمواج صوتية أو اهتزازات 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، وهو الدور الذي يضطلع به المرسل transmitter (الشكل 1)، في حين يقوم المستقبل receiver (الشكل 2) 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 المشتركة اسم مرسل - مستقبل transceiver.
لمحة تاريخية
اعتقد عدد من المخترعين بإمكانية نقل الإشارات الصوتية عبر الأسلاك وسعوا من أجل تحقيق ذلك. وقد طالب عدد من المخترعين مثل الأمريكيّين دانيل دراوبو Daniel Drawbaugh وإليشا غراي Elisha Gray والألماني يوهان فيليب ريس Johann Philipp Reis بأحقية ذلك الاختراع، إلا أن المحكمة التي بتت في تلك الدعاوى القضائية قضت بأن ألكسندر غراهام بل[ر] Alexander Graham Bell هو صاحب 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).
جاء 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 كلمات أول نقل هاتفي في العالم نداء بل لمساعده: «واطسن هلم إلي» فسمعه عبر الجهاز وهو في 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[ر] 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 سمح تطور الإلكترونيات[ر] 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).
بنية الهاتف التقليدي
يتكون الهاتف من ثلاثة أجزاء رئيسية توجد في جميع الأجهزة الهاتفية وأخرى إضافية هي:
1- المرسل: هو «مكروفون» صغير متوضع في صوان التكلم mouthpiece في قبضة الهاتف اليدوية handset، يحول اهتزازات صوت المتكلم إلى تغيرات في التيار الكهربائي المار في القبضة. وهو على نوعين:
ـ المرسلات الكربونية التقليدية: التي طورت في الثمانينات من القرن التاسع عشر، وفيها تقوم طبقة رقيقة من حبيبات الكربون بفصل مسرى electrode ثابت عن مسرى متحرك بفعل طبلة الهاتف diaphragm. وتُجبر طبلة الهاتف - التي تهتز استجابة لصوت المتكلم - 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.
ـ المرسلات الكهريتية electret: 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.
2- المستقبل: يتوضع في صوان السمع للقبضة الهاتفية اليدوية ويقوم بتحويل التغيرات في التيار الكهربائي إلى أمواج صوتية تعيد توليد الكلام البشري. وهو يتألف بشكل أساسي من قسمين: مغنطيس ملفوف بأسلاك دقيقة يسمى المغنطيس الكهربائي، ومن طبلة الهاتف المحاطة بمغنطيس دائم على شكل حلقة، تُقاد كمكبس للحصول على استجابة فعّالة على نطاق ترددي عريض. وعندما تمر تيارات الكلام عبر الوشائع تقوم بتغيير جذب المغنطيس الدائم لطبلة الهاتف مما يتسبب باهتزازها وإصدار أمواج صوتية.
وقد خضع تصميم النظام الكهرمغنطيسي لتحسين مستمر عبر السنين. وبقيت طبلة الهاتف العنصر الجوهري في غالبية المستقبلات. وقد صممت المستقبلات الهاتفية ليكون لها استجابة دقيقة للنغمات ضمن نطاق ترددي دينامي من 350 إلى 3500 هرتز، وهو أضيق من إمكانات الأذن البشرية لكنه كافٍ لإعادة إنتاج كلام طبيعي.
3- 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 (الشكل 6) أو أزرار ضاغطة push-button. ويوجد في كلا النظامين مكثِّف ومقاومة لمنع إشارات التدوير من المرور في دارة الرنين.
4- الأجزاء الإضافية: وتشمل أولاً منبع الاستطاعة، حيث يتم تشغيل المرسلات منذ تصميم بل بإجراء تغييرات في التيار المباشر الذي يقدمه منبع استطاعة مستقل. إذ إن 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 وهو آلية 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 أو رنين. 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.
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 (الشكل 7)، فالهاتف المرئي[ر. الهتف المرئي] فالتقنيات الرقمية، فتراسل المعطيات والصور. ثم اختراق الهاتف المحمول (الخلوي) [ر. شبكات الهاتف الخلوي] mobile (الشكل 8) في نهاية السبعينات من القرن العشرين لقطاع الاتصالات وتطور خدماته محققاً نمواً مطرداً فاق وتيرة نمو الهاتف الثابت الذي ما زال يحظى حتى الوقت الراهن بحصة الأسد في سوق الاتصالات.
الآفاق المستقبلية
لعل التطور الأهم الذي سينهي الارتباط المديد للهاتف بالصوت هو ما يُرى من دمج لخدمات الاتصالات عموماً من هاتفية ومرئية ومعلوماتية. وإذا كان الهتف التقليدي قد قاوم حتى اليوم موجة الإنترنت[ر] مستنداً إلى الانتشار الكبير لطرفياته وانخفاض كلفتها واعتياد الناس على الخدمات التي طالما قدمها طوال أكثر من قرن من الزمن، إلا أن تقنيات الهتف عبر الإنترنت voice over internet protocol التي تتطور تدريجياً قد تقلب الموازين لتجعل تبادل الكلام أو المعلومات الهاتفية وظيفة من وظائف الإنترنت مهمِّشة بذلك شركات الهاتف التقليدية وبناها التحتية.
محمد خالد شاهين
Telephone and telephony - Téléphone et téléphonie
الهاتف والهتف
 الشكل (1) المرسل الهاتفي |
 الشكل (2) المستقبل الهاتفي |
ويستخدم مصطلح الهاتف أحياناً للإشارة إلى النظام الهاتفي كله شاملاً الشبكة الهاتفية والمقاسم التحويلية [ر. التحويل الهاتفي] وتجهيزات أخرى.
ومصدر كلمة الهاتف اللاتينية telephone مشتق من الجذرين اليونانيين Tele الذي يعني البعيد، وphone الذي يعني الصوت.
مبدأ الهاتف
يتكون الكلام من أمواج صوتية أو اهتزازات 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، وهو الدور الذي يضطلع به المرسل transmitter (الشكل 1)، في حين يقوم المستقبل receiver (الشكل 2) 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 المشتركة اسم مرسل - مستقبل transceiver.
لمحة تاريخية
 الشكل (3) الجهاز الهاتفي الذي اخترعه بل |
 الشكل (4) جهاز هاتف من تصميم بل |
 الشكل (5) جهاز هاتفي إلكتروني حديث |
جاء 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 كلمات أول نقل هاتفي في العالم نداء بل لمساعده: «واطسن هلم إلي» فسمعه عبر الجهاز وهو في 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[ر] 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 سمح تطور الإلكترونيات[ر] 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).
بنية الهاتف التقليدي
يتكون الهاتف من ثلاثة أجزاء رئيسية توجد في جميع الأجهزة الهاتفية وأخرى إضافية هي:
1- المرسل: هو «مكروفون» صغير متوضع في صوان التكلم mouthpiece في قبضة الهاتف اليدوية handset، يحول اهتزازات صوت المتكلم إلى تغيرات في التيار الكهربائي المار في القبضة. وهو على نوعين:
ـ المرسلات الكربونية التقليدية: التي طورت في الثمانينات من القرن التاسع عشر، وفيها تقوم طبقة رقيقة من حبيبات الكربون بفصل مسرى electrode ثابت عن مسرى متحرك بفعل طبلة الهاتف diaphragm. وتُجبر طبلة الهاتف - التي تهتز استجابة لصوت المتكلم - 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.
ـ المرسلات الكهريتية electret: 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.
2- المستقبل: يتوضع في صوان السمع للقبضة الهاتفية اليدوية ويقوم بتحويل التغيرات في التيار الكهربائي إلى أمواج صوتية تعيد توليد الكلام البشري. وهو يتألف بشكل أساسي من قسمين: مغنطيس ملفوف بأسلاك دقيقة يسمى المغنطيس الكهربائي، ومن طبلة الهاتف المحاطة بمغنطيس دائم على شكل حلقة، تُقاد كمكبس للحصول على استجابة فعّالة على نطاق ترددي عريض. وعندما تمر تيارات الكلام عبر الوشائع تقوم بتغيير جذب المغنطيس الدائم لطبلة الهاتف مما يتسبب باهتزازها وإصدار أمواج صوتية.
 الشكل (6) جهاز هاتف ذو قرص دوار |
3- 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 (الشكل 6) أو أزرار ضاغطة push-button. ويوجد في كلا النظامين مكثِّف ومقاومة لمنع إشارات التدوير من المرور في دارة الرنين.
4- الأجزاء الإضافية: وتشمل أولاً منبع الاستطاعة، حيث يتم تشغيل المرسلات منذ تصميم بل بإجراء تغييرات في التيار المباشر الذي يقدمه منبع استطاعة مستقل. إذ إن 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 وهو آلية 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 أو رنين. 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.
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 (الشكل 7)، فالهاتف المرئي[ر. الهتف المرئي] فالتقنيات الرقمية، فتراسل المعطيات والصور. ثم اختراق الهاتف المحمول (الخلوي) [ر. شبكات الهاتف الخلوي] mobile (الشكل 8) في نهاية السبعينات من القرن العشرين لقطاع الاتصالات وتطور خدماته محققاً نمواً مطرداً فاق وتيرة نمو الهاتف الثابت الذي ما زال يحظى حتى الوقت الراهن بحصة الأسد في سوق الاتصالات.
 الشكل (7) جهاز هاتف من دون سلك |
 الشكل (8) جهاز هاتف محمول |
لعل التطور الأهم الذي سينهي الارتباط المديد للهاتف بالصوت هو ما يُرى من دمج لخدمات الاتصالات عموماً من هاتفية ومرئية ومعلوماتية. وإذا كان الهتف التقليدي قد قاوم حتى اليوم موجة الإنترنت[ر] مستنداً إلى الانتشار الكبير لطرفياته وانخفاض كلفتها واعتياد الناس على الخدمات التي طالما قدمها طوال أكثر من قرن من الزمن، إلا أن تقنيات الهتف عبر الإنترنت voice over internet protocol التي تتطور تدريجياً قد تقلب الموازين لتجعل تبادل الكلام أو المعلومات الهاتفية وظيفة من وظائف الإنترنت مهمِّشة بذلك شركات الهاتف التقليدية وبناها التحتية.
محمد خالد شاهين