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電話（テレフォニー）とは、遠隔地間で音声、ファックス、またはデータを電子的に送信するための電気通信サービスの開発、応用、展開を含む技術分野です。電話の歴史は、電話の発明と開発に密接に関係しています。
電話とは、一般的に電話機や電話システムの構築や運用、あるいは電話機器を用いて有線または無線を問わず音声やその他の音を地点間で伝送する通信システムを指します。[ 1 ]また、この用語は、従来電話機器が担っていた機能を実行するコンピュータハードウェア、ソフトウェア、コンピュータネットワークシステムを指す場合にもよく使われます。この文脈では、この技術は特にインターネット電話、またはVoIP（ Voice over Internet Protocol ）と呼ばれます。
最初の電話機は、開放型のペア線で直接接続されていました。つまり、各ユーザーは、連絡を取りたい場所ごとに個別の電話機を配線していたのです。しかし、ユーザーが数人以上の人と通信しようとすると、すぐに不便で管理が困難になりました。電話交換機の発明により、地域内の他の電話機と接続できるという解決策が生まれました。当初、各電話機は1本の線で交換機に接続されていましたが、後に1対の線（ローカルループ）で接続されるようになりました。近隣の他のサービスエリアの交換機は幹線で接続され、複数の交換機を経由して通話を中継することで長距離通話が可能になりました。
当初、交換機は「交換手」と呼ばれる係員が手動で操作していました。顧客が電話機のハンドルを回すと、交換手の前の交換機にある表示灯が点灯し、交換手はその表示灯のジャックに交換手用ヘッドセットを接続してサービスを提供しました。発信者は相手の名前（後に番号）を伝え、交換手は回線の片端を相手側のジャックに接続して相手に知らせました。相手が応答すると、交換手はヘッドセットを外し、交換機間の回線接続を完了しました。長距離通話は、ネットワーク内の他の交換機の交換手の協力を得て行われました。
初期の電話ネットワークでは、加入者は専用のワイヤペアでローカル交換局に接続されていました。交換局間の通話は、交換センターをより広いネットワークに接続する幹線回線で行われていました。トラフィックが増加するにつれて、これらの幹線ルートには多数の並列回線が必要となりました。各回線が独自のペアを使用するため、長距離インフラのコストは急速に増加しました。この制約が、1組のワイヤで複数の電話チャネルを伝送できるアナログ搬送システム（搬送電話）の開発を促しました。これは、ベルシステムの一般長距離交換計画の一部でした。
1970年代までは、ほとんどの電話機は顧客宅に設置された電話回線に常時接続されていました。その後、屋内配線を終端するジャックの設置に切り替えたことで、電話プラグ付きの電話機を簡単に交換できるようになり、ジャックが設置されている敷地内の複数の場所に電話機を持ち運ぶことが可能になりました。すべてのジャックへの屋内配線は、建物とケーブルを接続するドロップ線に一箇所で接続されていました。ケーブルは通常、地区アクセスネットワーク全体から多数のドロップ線を1つのワイヤセンターまたは電話交換局に引き込みます。電話利用者が電話をかけようとすると、交換局の機器がダイヤルされた電話番号を調べ、その電話回線を同じワイヤセンター内の別の回線、または遠方の交換局へのトランク回線に接続します。世界のほとんどの交換局は、より大規模な交換システムを介して相互接続されており、公衆交換電話網（PSTN）を形成しています。
20世紀後半には、音声伝送のために構築されたネットワークにおいて、ファックスやデータが重要な二次的用途となり、世紀末には、こうしたトラフィックの処理能力を向上させるために、ネットワークの一部がISDNやDSLによってアップグレードされた。
今日、電話は電話サービスやシステムの提供にデジタル技術（デジタル電話）を使用しています。電話通話はデジタルで提供できますが、ラストマイルがデジタルである場合、またはデジタル信号とアナログ信号の変換が電話機内部で行われる場合に限定されることがあります。この進歩により、通信コストが削減され、音声サービスの品質が向上しました。この技術の最初の実装であるISDNは、電話回線を介してエンドツーエンドですべてのデータを高速に伝送することを可能にしました。[ 2 ]このサービスは、後にインターネットプロトコルスイートに基づくデジタルサービスを提供できるようになったため、重要性が大幅に低下しました。[ 3 ]
1980年代にパーソナルコンピュータ技術が登場して以来、コンピュータ電話統合（CTI）は、電話帳サービスや発信者番号表示機能を備えた音声、ファックス、データ通話の発信と受信など、コンピュータによって開始および制御される、より高度な電話サービスを徐々に提供してきました。電話ソフトウェアとコンピュータシステムの統合は、オフィスオートメーションの進化における大きな発展です。この用語は、電話を企業の適切な部署に転送するコールセンターなどのコンピュータ化されたサービスを説明する際に使用されます。また、パーソナルコンピュータを使用して電話を開始および管理する機能にも使用されることがあります。[ 4 ]
デジタル電話とは、電話システムおよびサービスの運用と提供にデジタル電子機器を使用することを指します。20世紀後半以降、従来のアナログ伝送および信号システムはデジタルコアネットワークに置き換えられ、アクセスネットワークの大部分もデジタル化されています。
1947年にベル電話研究所で始まったトランジスタ技術の開発から始まり、 1950年代の増幅回路やスイッチング回路に至るまで、公衆交換電話網（PSTN）は徐々に固体電子回路と自動化へと移行してきました。金属酸化物半導体（MOS）とパルス符号変調（PCM）技術を組み込んだコンピュータベースの電子交換システムの開発に伴い、PSTNは徐々に信号伝送と音声伝送のデジタル化へと進化しました。デジタル電話は、それ以来、ネットワークの容量、品質、コストを劇的に改善しました。デジタル化により、同じチャネル上で広帯域音声が可能になり、より広いアナログ音声チャネルの品質が向上しました。
デジタル信号1（DS1/T1）搬送システムを備えた伝送ネットワークに改造およびアップグレードされた最初のエンドツーエンドのアナログ電話ネットワークは、 1960年代初頭に遡ります。これらは 、帯域幅が制限されたアナログ音声信号をサンプリングし、パルス符号変調（PCM）を使用してエンコードすることにより、基本的な3 kHz音声チャネルをサポートするように設計されました。初期のPCMコーデックフィルタは、受動抵抗-コンデンサ-インダクタフィルタ回路として実装され、アナログ-デジタル変換（音声のデジタル化用）とデジタル-アナログ変換（音声の復元用）は、個別のデバイスによって処理されました。初期のデジタル電話は、初期のPCMコーデックフィルタの性能が低く、コストが高かったため、実用的ではありませんでした。[ 5 ] [ 6 ]
実用的なデジタル通信は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）の発明によって可能になり、 [ 7 ] PCMデジタル電話の急速な発展と普及につながった。[ 6 ] 1957年、フロッシュとデリックはベル研究所で最初の二酸化ケイ素電界効果トランジスタを製造することに成功した。これはドレインとソースが表面で隣接している最初のトランジスタだった。[ 8 ]その後、1960年にベル研究所でチームが動作するMOSFETを実証した。 [ 9 ] [ 10 ] MOS技術は、フェアチャイルドとRCAがコンピュータなどのデジタル電子機器向けに商業化する前は、アナログ電話用途には実用的ではないとベルが考えたため、当初は見過ごされていた。[ 11 ] [ 6 ]
MOS技術は、 1970年代初頭に元ベル局のエンジニアであるDavid A. HodgesとUC BerkeleyのPaul R. Grayによって開発された、アナログ信号処理とデジタル信号処理を1つのチップに組み合わせたMOS混合信号集積回路によって、最終的に電話アプリケーションで実用化されました。[ 6 ] 1974年、HodgesとGrayはRE Suarezと協力してMOSスイッチドキャパシタ（SC）回路技術を開発し、それを使用して、データ変換にMOSキャパシタとMOSFETスイッチを使用したデジタル-アナログコンバータ（DAC）チップを開発しました。[ 6 ] MOSアナログ-デジタルコンバータ（ADC）およびDACチップは1974年までに商用化されました。[ 12 ]
MOS SC 回路は、1970 年代後半に PCM コーデックフィルタ チップの開発につながりました。[ 6 ] [ 5 ] 1980 年に Hodges と WC Black によって開発されたシリコンゲートCMOS (相補型 MOS) PCM コーデックフィルタ チップは、それ以来デジタル電話の業界標準となっています。[ 6 ] [ 5 ] 1990 年代までに、公衆交換電話網(PSTN)などの電気通信ネットワークは、電話交換機、構内交換機( PBX )、キー電話システム(KTS)の電子交換システム、ユーザー エンド モデム、デジタル ループ キャリア、ペア ゲイン マルチプレクサ、電話ループエクステンダ、統合サービス デジタル ネットワーク(ISDN) 端末、デジタル コードレス電話、デジタル携帯電話などのデータ伝送アプリケーションで広く使用されている超大規模集積回路(VLSI) CMOS PCM コーデックフィルタによって大部分がデジタル化されました。音声認識機器、音声データストレージ、ボイスメール、デジタルテープレス留守番電話などのアプリケーション。[ 5 ]エドホルムの法則[ 13 ]で観察されるように、デジタル電気通信ネットワークの帯域幅は指数関数的に急速に増加しており、これは主にMOSテクノロジーの急速なスケーリングと小型化によって推進されています。[ 14 ] [ 6 ]
8ビット深度、8kHzサンプリングレートの非圧縮PCMデジタルオーディオには64kbit/sのビットレートが必要であり、ネットワーク帯域幅が限られていた初期のデジタル通信ネットワークでは実用的ではなかった。この問題の解決策は、1966年に名古屋大学の板倉文忠と日本電信電話（NTT）の齋藤修三によって初めて提案された音声符号化データ圧縮アルゴリズムである線形予測符号化（LPC）であった。LPCは2.4kbit/sまで音声データを圧縮することができ、1970年代にデジタルネットワーク上での最初のリアルタイム会話の成功につながった。[ 15 ] LPCはそれ以来、最も広く使用されている音声符号化方式となっている。[ 16 ]別の音声データ圧縮方式である、修正離散コサイン変換（MDCT）と呼ばれる離散コサイン変換（DCT）アルゴリズムは、 1990年代後半からVoIP（Voice-over-IP ）アプリケーションの音声符号化に広く採用されている。 [ 17 ]
SONETや光ファイバー伝送などの伝送方式の開発により、デジタル伝送はさらに進歩しました。複数のアナログ音声チャネルを単一の伝送媒体に多重化するアナログ搬送システムも存在していましたが、デジタル伝送によってコストが削減され、より多くのチャネルを伝送媒体に多重化することが可能になりました。今日では、終端機器はアナログのままであることが多いものの、アナログ信号は通常、サービスエリアインターフェース（SAI）、中央局（CO）、またはその他の集約ポイントでデジタル信号に変換されます。デジタルループキャリア（DLC）とファイバー・トゥ・ザ・Xにより、デジタルネットワークは顧客宅にますます近づき、アナログローカルループは旧式化しています。
新たな通信技術の出現に伴い、電話通信に利用できる技術分野は拡大した。現在、電話通信にはインターネットサービスやモバイル通信、ビデオ会議などの技術が含まれる。
インターネットプロトコル（IP）の概念に基づく新しい技術は、VoIP（Voice over IP）電話、またはIP電話やインターネット電話とも呼ばれることが多い。従来の電話サービスとは異なり、IP電話サービスは政府による規制が比較的少ない。米国では、連邦通信委員会（FCC）が電話間の接続を規制しているが、電話ユーザーとIP電話サービスプロバイダー間の接続を規制する予定はないとしている。[ 18 ]
デジタル電話の専門分野であるインターネットプロトコル（IP）電話は、インターネットの基盤となったデジタルネットワーク技術を応用して、コンピュータネットワーク上で通信セッションを作成、送信、受信するものです。インターネット電話は、その原理を反映して一般的にVoIP（ Voice over Internet Protocol）として知られていますが、他にも多くの用語で呼ばれています。VoIPは、従来の電話インフラ技術を急速に置き換えている破壊的技術であることが証明されています。2005年1月現在、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ています。2005年1月のニューズウィークの記事では、インターネット電話が「次の大きなもの」になる可能性があると示唆されています。[ 19 ] 2006年現在、多くのVoIP企業が消費者と企業にサービスを提供しています。
モバイル通信における重要な進歩は、特にVoLTE （Voice over LTE）とVo5G（Voice over 5G ）を通じて、IP技術をモバイルネットワークに統合したことです。これらの技術により、音声通話をデータサービスに使用されるのと同じIPベースのインフラストラクチャ上で送信できるようになり、従来の回線交換ネットワークと比較して通話品質が向上し、接続速度が速くなります。モバイルオペレーターがオールIPネットワークに移行するにつれて、VoLTEとVo5Gは多くの地域でモバイル音声通信の標準になりつつあります。[ 20 ] [ 21 ]
IP電話は、インターネット接続とハードウェアIP電話、アナログ電話アダプタ、またはソフトフォンコンピュータアプリケーションを使用して、データパケットとしてエンコードされた会話を送信します。IP電話の最も一般的で費用対効果の高い用途の1つはWiFiホットスポット経由の接続ですが、プライベートネットワークやその他の種類のインターネット接続でも使用されており、これらの接続はグローバル電話網に直接接続されている場合もそうでない場合もあります。
直接的な対人コミュニケーションには、顔の表情やその他の身体の動きで表現される非言語的な手がかりが含まれますが、これは従来の音声電話では伝達できません。ビデオ電話は、こうしたやり取りをある程度再現します。社会的文脈手がかり理論は、対面でのやり取りに存在する非言語的な手がかりを維持する上で、さまざまな種類のコミュニケーションの成功度を測定するためのモデルです。この研究では、物理的な状況、さまざまな表情、身体の動き、声のトーン、触覚、嗅覚など、多くの異なる手がかりを検証します。
電話を使用すると、さまざまなコミュニケーションの手がかりが失われます。コミュニケーションの当事者は、身体の動きを認識できず、触覚や嗅覚も失われます。このような社会的手がかりを認識する能力の低下はよく知られていますが、Wiesenfeld、Raghuram、およびGarudは、さまざまなタスクにおいて、コミュニケーションの種類に価値と効率性があることを指摘しています。彼らは、電話などのさまざまなコミュニケーション方法が対面でのやり取りよりも有用な職場を調査しています。
携帯電話サービスへの通信の拡大は、固定電話とは異なる社会的合図のフィルターを生み出しました。携帯電話でのテキストメッセージなどのインスタントメッセージの使用は、コミュニティの感覚を生み出しました。[ 22 ]『携帯電話の社会的構築』では、電話やテキストメッセージは単なる会話の試み以上のものだと示唆されています。むしろ、それは家族や友人の間の社会的ネットワークを維持するジェスチャーです。電話を通して特定の社会的合図が失われる一方で、携帯電話は、異なる聴衆に理解されるさまざまな合図の新しい表現形式をもたらします。新しい言語付加物は、非物理的な相互作用の本質的な欠如を補おうとします。
電話を通じて支持されるもう1つの社会理論は、メディア依存理論です。この理論は、人々が特定の目標を達成するためにメディアやリソースを使用すると結論付けています。この理論は、メディア、視聴者、および大規模な社会システムの間にはつながりがあると述べています。[ 23 ]電話は、人によって、情報へのアクセス、他の人との連絡、迅速なコミュニケーションの送信、娯楽など、特定の目標を達成するのに役立ちます。
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