電話線の不思議（有線通信の原理）

質問

１．アナログ電話機は、一般的に昔から２芯ケーブルで接続されていますが、どうして２芯で通話できるのでしょうか？　私のイメージでは、最低でも３芯（送信用、受信用、アース）が必要かと思うのですが、同じ電線上を流れる送信信号と受信信号をどのように区別しているのか、お教え頂けませんでしょうか。
２．電話機と交換機は１対１の電話線で繋がっていると思われます。一台の交換機で１００００回線（電話番号４桁分）を担当していると仮定すると、交換機から出ている電話線は１００００回線×２芯＝２００００本になり、電話局近くの電話線は、とんでもなく太いものになると思われます。しかし、電柱に架かっている電話線は、せいぜい直径が数CMしかなく、その中に一万本以上もの電線が入っているようには見えません。交換器から電話機まで、電話線はどのように繋がっているのでしょうか？　あわせてお教え下さい。
以上、よろしくお願いします。

回答No.5

semikuma · ベストアンサー

なんだかいい加減な回答が多いですが、
1. 送信音声と受信音声とは、フィルタ(またはエコーキャンセラ)で分離して混じらないようになっています。
そうでないと、自分の声が相手に届いてから帰ってくる「エコー」で、通話がし辛くなります。
極端な場合は発振状態(ピーという音)やハウリング(ウワーンと言う音)となって通話ができなくなります。

2. 交換機にどのようなイメージを持っているか分りませんが、交換機は全国に何万台もあり、電話局間は全て地下光ファイバケーブルでつながれてます。
また交換機ー加入者宅間も、地域ごとに加入者宅の近くまで地下を通ってから空中へ架線されています。
(最近は全部地下のことも多い)。
従って電話局の近くの架空線は、全て電話局の近くの家のためのものです。

尚、交換機ー加入者宅間の銅線の太さは確か近距離用の0.3mmから、遠距離用で0.9mmだったと思います。
一加入者ごとに一回線を引きますが、前に書いたように地域ごとに分けて配線するので、銅線を10000回線も束ねる必要はほとんどありません。
因みに一回線につき2本一組ですが、これを2組4本を一単位として束ねられています。

また交換機間は何万回線分も多重化されているので、光でないとしてもそう太い線は必要ありませんが、例えば加入者1万回線分を収容するとしても、その半分以上が同時に使うことはほとんどないので、別の交換機へ向かう回線は数千回線分しかつなぎません。
(これができるのが交換機のいいところ。)
災害時や人気コンサートのチケット販売時に電話がパンクするのはこのためです。

補足

詳しい解説をありがとうございます。電話局近くでも電話線が太くない理由、よく理解できました。結局、太い電話線は架線すると電柱への負荷が大きいので、電話局の近くでは地下に埋められているということなのですね。

一方、送信音声と受信音声については、フィルターで分離されているという点は理解できたのですが、フィルターの原理が良くわかりません。おそらくコイル等で信号の位相をずらし、元の信号と重ねることで逆向きの信号をキャンセルしているということだと思うのですが、加入者線の送信・受信音声は変調されていない生の周波数(0.3～3.4kHz)が乗っていますよね。一般的にコイルやコンデンサの容量は周波数に依存するので、音声周波数ごとにフィルターでの位相シフト量が異なってしまい、完全には逆向きの信号をキャンセルできないような気もしますが、そんなことはないのでしょうか？それともコイルやコンデンサの容量は、0.3～3.4kHz程度の周波数範囲では周波数に依存せず一定なのでしょうか？　もう少し詳しくお教え頂けると嬉しいです。

回答No.8

P0O9I

ＩＣ回路が普及する前は、トランス等で逆位相の信号を加えることでマイクの信号がスピーカの方に回らないようなことをしていました。参考URLのＬがミソです。２本の線で能動部品を使わずに、送信・受信・ダイヤル信号・電源を通すという、離れ業をしたところが電話のすごいところです。

参考URL：

http://www1.tcn-catv.ne.jp/yonetaro/telephone/telephone.html

お礼

貴重なコメントをありがとうございます。
>２本の線で能動部品を使わずに、送信・受信・ダイヤル信号・電源を通すという、離れ業をしたところが電話のすごいところです。
私も本当にそう思います。昔の人の知恵というのはすごいです。

コンピュータのソフトにしても、昔は、いかにメモリーの消費を抑え、プログラムを軽くするかを競ったものですが、今のソフトは無駄にメモリーを消費し、重たくて、全然美しくありませんよね。

貴重なHPを紹介いただき、ありがとうございました。

回答No.7

aki43

>なんだかいい加減な回答が多いですが、

通信会社の方?
プロのような方がいるのですね　　　単にそう思っただけです
でも　ネットでも調べられるような

回答No.6

semikuma

> 太い電話線は架線すると電柱への負荷が大きいので、電話局の近くでは地下に埋められているということなのですね。

いや、それもあるでしょうが、むしろ情報セキュリティ(これが最大)と、保守の容易さが大きいかと思います。
例えば携帯電話やPHS会社は、アンテナの正確な位置は教えてくれません。
(近くへ行って、上を見れば大体分かりますが。)
またADSLが普及して、NTTは回線長と損失は教えてくれるようになりましたが、それ以上の情報は簡単には教えてくれません。

フィルタと書きましたが、正しくは「ハイブリッド回路」です。
詳しくは↓を見てください。
http://www.nahitech.com/nahitafu/mame/mame5/telephone.html#genri

お礼

ありがとうございます。
電話の原理については、なんとなく理解できました。

ただ、ハイブリッド回路についてはまだ不明な点があり、もう少し知りたいところですので、この辺でいったん質問を締め切り、別の質問を立てさせていただきたいと思います。

ご回答いただいた皆さん、どうもありがとうございました。

回答No.4

aki43

多重化はそうですが　基本は100件有れば100件分引いてますよ
ネットで調べられますよ

回答No.3

Kon1701

>つまりマイクで話した声が、そのまま自分の受話器でも聞こえてしまう

＃２でも書かれていますが、その通りです。
これは利点でもあります。もし自分の声が受話器から聞こえないと。耳を塞いでしゃべっているような感じになり、離しづらくなります。
また、欠点として周囲の雑音も拾ってそれが聞こえてしまいます。反対の耳を塞いでいる人もいますが、これは効果ないことはもうお分かりですね。マイク側を手で覆って音が入らなくするととても聞きやすくなります。(話すときはもちろん手を離します）

あと、電話線ですが、途中で増幅しているそうです。詳細はわかりませんが・・・。

回答No.2

grumpy_the_dwarf

> 同じ電線上を流れる送信信号と受信信号を
> どのように区別しているのか、

区別しません。マイクとスピーカーは直列に接続され、信号は混
ざったまま送られます。だからスピーカーからは自分の声も出ます
が、周りからも同時に聞こえるのでわかりません。

交換機からたった1本のケーブルが出るわけじゃないでしょう。
簡単なポリエチレン被覆のペア撚線100対を収納した(100回線分)
ケーブルの外径は3cm程度になります。これが街のアチコチに向
かって100本出てれば1万回線になりますね。多重化以前のアナログ
電話の原理としてはこんなもんでしょう。

補足

さっそくの回答をありがとうございます。
電話が発明された同時はともかくとして、今でもマイクとスピーカが同時に鳴っているとは知りませんでした。てっきり、信号は分離されているものと信じていました。電話機本体のスピーカから音声がでるようにして、受話器で話した自分の声が本当にスピーカからそのまま出るか確認してみます。

電話局のまわりをチェックしたりもしているのですが、電話局の周囲にそんなにたくさんの電話線が出ているようには見えません。（田舎ですので、電線はすべて架空線です。）不思議です。

回答No.1

Kon1701

2本線で相互に通話できる仕組みですが・・・
受話器のマイクとスピーカを結び、更にその2本の線を相互に結ぶ、
というようなイメージらしいです。

電話線の実物、博物館で見ましたが、細い線が束になっています。
直径数cmに相当の数が入っています。本数は覚えていませんが、数えきれないくらい多いです。百本2百本ではないですね。千本2千本？　それ以上？　そんな感じの電線です。また、電話局からすべての電話機に直接線を引く必要はなく、途中まで多重化(多数の電話の信号を同時に送る）にして送ることもできますね。

補足

さっそくの回答をありがとうございます。
重ねての質問で申し訳ありませんが、2本線だとマイクとスピ－カが同時に鳴りませんか？（つまりマイクで話した声が、そのまま自分の受話器でも聞こえてしまう）
また、電線の直径が0.1ｍｍくらい細ければ、直径10ｃｍで10000本以上の多芯線を作ることは計算上、余裕で可能ですが、電気抵抗が大きくなり実用上、使いものになりますでしょうか？　純銅の抵抗率から計算すると、直径0.1mmの銅線は、抵抗値が１ｍあたり数オームにもなりますので、何キロメートルも電話線を引っ張ると信号が消えてしまうような気がします。