다이얼 전화기의 원리

다이얼을 돌리면 무슨 일이 일어날까요

5라고 적힌 구멍에 손가락을 넣고 쇠 갈고리에 닿을 때까지 돌린 다음 손을 떼 보세요. 다이얼판은 '드르륵' 소리를 내며 저절로 돌아옵니다. 그 소리가 바로 전화기가 교환기에 말을 거는 순간입니다. 다이얼판이 돌아오는 동안 안쪽의 스위치가 선로 전류를 다섯 번 끊고, 교환기가 받는 것은 이 다섯 번의 짧은 끊김뿐입니다. '5'를 뜻하는 소리나 부호는 따로 없습니다. 교환기는 끊긴 횟수를 셉니다.

이 페이지는 그 횟수가 손가락에서 출발해 원하는 회선에 닿기까지를 따라갑니다. 먼저 다이얼을 봅니다. 다이얼판과 멈춤쇠, 되돌아가는 속도를 정하는 태엽과 거버너, 펄스 접점이 있습니다. 다음으로 전화기의 나머지 부분인 벨, 훅 스위치, 탄소 송화기, 수화기를 엽니다. 전선 반대쪽 끝에는 받는 회선을 찾는 방법 여섯 가지가 있습니다. 교환대 앞의 교환원, 스트로저의 단계식 선택기, 마커가 딸린 크로스바 스위치, 저장 프로그램으로 움직이는 전자 교환기, 통화를 시간 칸 사이로 옮기는 디지털 교환기, 그리고 끊김을 세는 대신 소리 짝을 듣는 터치톤 수신기입니다.

무대의 교환 방식 조작으로 이 여섯 가지를 바꿔 볼 수 있습니다. 전화기는 그대로이고, 첫 숫자가 열 개짜리 회선 줄을 고르고 둘째 숫자가 그 줄의 회선 하나를 고른다는 규칙도 그대로입니다. 모형 전화기는 42번 회선이며, 다이얼 가운데 카드에 번호가 찍혀 있습니다.

펄스를 되돌아갈 때만 보내는 까닭

가장 쉽게 떠오르는 설계는 다이얼판을 돌리는 동안 구멍이 접점을 지날 때마다 펄스를 보내는 방식입니다. 그런데 사람 손은 바퀴를 고른 빠르기로 돌리지 못하므로 펄스 간격이 뭉치거나 늘어나고, 교환기의 스위치가 그중 일부를 놓칠 수 있습니다.

그래서 다이얼은 감는 일과 보내는 일을 나눕니다. 다이얼판을 돌리면 되돌림 태엽이 감길 뿐입니다. 손을 떼야 태엽이 다이얼판을 되돌리고, 그때서야 접점이 열렸다 닫힙니다. 영국 우정청의 다이얼 교육 자료는 이렇게 적습니다. 손가락판을 멈춤쇠까지 돌린 다음 놓아서 저절로 돌아오게 하고, 돌아오는 동안 펄스 바퀴가 숫자만큼 펄스 접점을 움직인다는 것입니다. 되돌아가는 속도는 더 이상 손에 달려 있지 않으므로 공장에서 미리 맞춰 둘 수 있습니다.

감는 동안 펄스 접점을 조용히 붙잡아 두는 부품도 있어야 합니다. 예전 우정청 다이얼에서는 미끄럼 캠이 그 일을 합니다. 스프링 와셔로 펄스 바퀴에 붙어 있는 원판입니다. 돌릴 때는 펄스 레버를 바퀴의 홈 위로 들어 올려 두고, 되돌아올 때는 첫 홈이 오기 전까지 약 220 ms 동안 레버를 조금 더 붙잡고 있습니다. 이 '최소 쉼'과 다음 숫자를 감는 시간이 합쳐져 숫자 사이가 적어도 420 ms 벌어지고, 그동안 선택기가 움직임을 마칩니다.

미끄럼 캠은 마찰에 기대는데, 마찰은 오래 쓰면 달라집니다. 나중 설계는 이것을 펄스 바퀴 위를 타는 스테인리스강 트리거로 바꿨습니다. 트리거 다이얼은 쉼을 약 240 ms로, 숫자 사이를 440 ms로 늘렸습니다. 손가락에도 너그러워서, 멈춤쇠 앞에서 구멍 반 개만큼 덜 돌리거나 구멍 반 개만큼 더 밀어도 펄스 수가 맞게 나옵니다.

숫자를 정하는 것은 손가락 멈춤쇠입니다

다이얼판의 구멍은 고른 간격으로 뚫려 있고, 모형에서는 그 간격이 30도입니다. 1번 구멍이 멈춤쇠에 가장 가깝고 0번 구멍이 가장 멀기 때문에 큰 숫자일수록 더 많이 돌아갑니다. 모든 구멍이 같은 멈춤쇠에서 멈추므로, 돌아간 거리는 어느 구멍을 썼는지에 따라서만 달라집니다. 이 거리가 되돌아갈 때 펄스 개수로 바뀝니다.

모형에서는 구멍마다 보내는 펄스 수보다 한 칸 더 돌아갑니다. 3번 구멍은 120도를 도는데, 90도는 캠 톱니가 지나가는 구간이고 마지막 30도는 아무 펄스도 없는 구간입니다. 이 마지막 구간 동안 선로가 닫힌 채로 있어서 교환기는 한 숫자가 어디서 끝나고 다음 숫자가 어디서 시작하는지 알 수 있습니다.

다이얼판 자체에는 아무것도 인쇄되어 있지 않습니다. 숫자는 아래의 고정 번호판에 있고, 다이얼이 멈춰 있을 때만 구멍 사이로 보입니다. 교환국 이름을 돌릴 수 있도록 숫자 옆에 알파벳을 넣은 다이얼도 많았습니다. ITU 키패드 표준 E.161은 지금도 2에 ABC를, 9에 WXYZ를 두기 때문에 오늘날 키패드에도 글자가 남아 있습니다.

1초에 펄스 열 번을 숫자로 보면

우정청 표준 속도는 1초에 펄스 열 번이고, 펄스 하나는 끊김 66.6 ms와 이어짐 33.3 ms로 이루어집니다. 이것을 '66.6 끊김 비율'이라고 부릅니다. 모형은 끊김 비율을 66 %로 반올림했습니다. 이 값에서 다음이 나옵니다.

• 펄스 주기 = 1 / 10 s = 100 ms
• 끊김 = 0.66 × 100 ms = 66 ms
• 이어짐 = 100 ms − 66 ms = 34 ms
• 숫자 0 = 펄스 10개이므로, 첫 끊김의 시작부터 마지막 끊김의 끝까지 9 × 100 ms + 66 ms = 966 ms

모형의 다이얼판은 1초에 300도씩 되돌아갑니다. 캠 톱니가 30도마다 하나씩 있고, 1초에 톱니 열 개가 지나가야 하기 때문입니다. 무대 아래쪽 띠는 선로 전류를 100 ms 눈금 위에 그리고, 그 아래 줄에는 마지막 끊김과 이어짐의 길이가 나옵니다. 모형이 자기 시간으로 직접 잰 값이며, 기본 설정에서는 66 ms와 34 ms가 나옵니다.

실제 다이얼은 이 값에서 조금씩 벗어났습니다. 거버너는 1초에 10펄스로 맞추지만, 우정청은 정비 기준으로 9에서 11까지를 받아들였습니다. 펄스 속도 슬라이더는 그보다 훨씬 넓게 3에서 14까지, 끊김 비율 슬라이더는 50에서 80 %까지 움직입니다. 다이얼을 교환기가 견디는 범위 밖으로 밀어 볼 수 있게 하려는 것입니다. 그러면 어떻게 되는지는 다음 절에 나옵니다.

번호 하나를 다 돌리는 데는 시간이 꽤 걸립니다. 999는 펄스 27개이고 펄스만 2.6초이며, 숫자 사이 쉼 420 ms 두 번을 더하면 약 3.4초입니다. 실험 칸의 펄스 시간 상자에 번호를 넣으면 이 계산을 해 줍니다.

다이얼이 너무 빠르거나 느리면 교환기는

교환기는 다이얼을 보지 못합니다. 선로 끝의 계전기 하나가 전류가 흐르면 당겨지고 전류가 끊기면 떨어지는 것만 봅니다. 한 번 떨어지는 것이 펄스 하나입니다. 이 계전기에도 속도 한계가 있어서, 모형의 교환기에는 간단한 한계 두 가지를 두었습니다. 실제 교환기는 방식과 나라마다 달랐으므로 모형 값이라고 밝혀 둡니다.

1. 25 ms보다 짧은 이어짐은 보이지 않습니다. 계전기가 다시 당겨질 시간이 없어서, 짧은 이어짐 양쪽의 끊김이 하나의 긴 끊김으로 붙습니다.
2. 200 ms보다 긴 끊김은 수화기를 내려놓은 것으로 봅니다. 느린 계전기 하나가 끊김이 짧은 동안만 통화를 붙잡고 있다가, 놓아 버리면 교환기가 통화를 끊습니다.

슬라이더로 해 보세요. 1초에 14펄스, 끊김 66 %면 주기는 71.4 ms, 끊김은 47.1 ms, 이어짐은 24.3 ms입니다. 이어짐이 25 ms에 조금 못 미치므로 첫 끊김 다음의 끊김이 모두 붙어 버립니다. 5를 돌리면 끊김이 4 × 71.4 ms + 47.1 ms = 333 ms 동안 이어져 200 ms를 넘고, 교환기가 회선을 끊습니다. 같은 속도로 2를 돌리면 71.4 + 47.1 = 118.5 ms라서 통화는 살아남지만, 교환기는 펄스를 두 개가 아니라 하나로 셉니다.

이번에는 반대쪽입니다. 1초에 3펄스면 주기는 333 ms, 끊김은 0.66 × 333 ms = 220 ms입니다. 모형의 유지 계전기에게는 첫 펄스부터 너무 길어서, 숫자가 하나도 들어가기 전에 통화가 끊깁니다. 1초에 4펄스면 끊김이 165 ms라서 모형은 여전히 제대로 세지만, 실제 교환기라면 이미 우정청이 지킨 9~11 범위를 한참 벗어난 셈입니다.

실험 칸의 과제 두 개가 이 실패를 일부러 만들어 보게 합니다. 띠에 증거가 남습니다. 선로 전류의 틈이 늘어지거나 몰리고, 상태 줄이 교환기가 내린 결론을 알려 줍니다.

다이얼 속의 태엽, 거버너, 캠

속 보기를 켜면 몸체가 투명해집니다. 번호판 뒤에 시간을 맞추는 부품이 있습니다.

납작한 나선 태엽은 다이얼판을 돌릴 때 감기고, 손을 떼면 다이얼판을 되돌립니다. 태엽만 있으면 다이얼판이 너무 빨리 튕겨 돌아오고, 많이 감을수록 더 빨라집니다. 그래서 원심 거버너가 속도를 잡습니다. 거버너는 주축의 톱니바퀴로 돌아가는데, 돌수록 날개 끝의 추가 바깥으로 벌어져 컵 안쪽을 누르고, 그 마찰이 속도를 묶어 둡니다. 손가락으로 다이얼판을 빨리 돌려 보내려 하면 저항이 느껴지는 까닭입니다. 거버너 쪽 구동에는 한쪽으로만 물리는 클러치가 있어서, 감을 때는 다이얼판이 자유롭게 돌고 거버너는 되돌아올 때만 브레이크를 겁니다.

모형에서는 다이얼 축의 톱니바퀴가 작은 피니언을 돌리고, 피니언이 추 두 개가 든 컵을 돌립니다. 캠은 다이얼판과 함께 돕니다. 톱니 열두 개가 손가락 구멍과 같은 30도 간격으로 있어서 구멍 한 칸마다 톱니 하나가 접점을 지나갑니다. 되돌아갈 때 톱니 하나가 펄스 접점을 한 번씩 벌립니다. 이 접점은 전화 선로에 직렬로 들어가 있으므로, 접점이 열리면 교환기까지 이어진 회로 전체의 전류가 멈춥니다.

실제 다이얼에는 다이얼판이 제자리를 벗어나자마자 닫히는 오프노멀 접점도 있습니다. 우정청 자료는 두 가지 까닭을 듭니다. 그러면 펄스 회로에 송화기의 저항이 들어가지 않고, 펄스가 수화기에서 딸깍 소리로 들리지도 않습니다.

훅으로 번호 걸기

펄스 접점은 선로에 직렬로 들어간 스위치일 뿐입니다. 수화기 밑의 훅 스위치도 그렇습니다. 훅을 누르면 펄스와 똑같이 회로가 끊기므로, 빠르게 눌렀다 떼는 한 번은 교환기에게 펄스 하나입니다.

실험 칸의 훅 단추가 바로 이 일을 합니다. 수화기를 들고 훅을 빠르게 세 번 누른 다음 기다려 보세요. 모형은 0.4초 쉬면 숫자 하나가 끝난 것으로 보기 때문에, 세 번 누르면 3으로 세고 선택기가 세 층 올라갑니다. 단추를 너무 오래 누르면 끊김이 200 ms를 넘고, 모형의 교환기는 이것을 수화기를 내려놓은 것으로 보고 통화를 끊습니다. 사람 손으로는 누를 때마다 이 한계 안에 머물면서 떼는 시간도 25 ms 이상 지키기가 어렵습니다. 다이얼이 있는 까닭 가운데 하나입니다.

전화기의 나머지 속

다이얼은 전화기 가운데 스위치와 이야기하는 부분일 뿐입니다. 속 보기를 켜고 부품 목록에서 새 부품을 고르면 나머지가 보입니다.

벨. 몸통 아래에 종 두 개, 망치, 코일 한 쌍이 있습니다. 교환기는 전화기를 울릴 때 선로에 교류를 보내고, 1965년 벨 시스템 보고서도 전화기의 '표준 20사이클 벨'을 이야기합니다. 모형에서는 코일 사이의 아마추어가 한 주기에 한 번 흔들리고, 망치가 한쪽 종과 다른 쪽 종을 번갈아 칩니다. 벨 울리기를 켜면 보이고, 느리게를 켜면 망치가 다섯 배 느리게 움직입니다. 1937년 우정청 332호 전화기는 벨을 몸통 안에 넣었고, 그 전의 탁상 전화기 162호와 232호에는 벨 상자가 따로 있었습니다.

훅 스위치. 거치대의 누름쇠 두 개가 수화기 밑에 눌려 있습니다. 수화기를 들면 누름쇠가 올라오고 접점 묶음이 닫혀 선로 전류가 흐르기 시작합니다. 교환기는 발신음으로 답합니다. 모형에서는 벨이 울리는 중에 수화기를 들어도 벨이 멈춥니다. 훅 스위치가 벨을 선로에서 떼고 통화 회로를 붙이기 때문입니다.

통화 회로. 다이얼 옆에 유도 코일과 축전기가 있습니다. 코일은 송화기와 수화기를 두 선로 선에 잇고, 내 목소리가 내 귀에 너무 크게 들리지 않게 합니다. 축전기는 일정한 선로 전류가 벨로 가는 것을 막고, 교류인 벨 전류만 통과시킵니다.

탄소 송화기. 송화구에는 얇은 진동판 뒤에 탄소 알갱이를 담은 캡슐이 있습니다. 소리가 진동판을 밀면 알갱이가 빽빽해져 저항이 줄고, 그 사이로 흐르던 일정한 전류가 커집니다. 진동판이 되돌아가면 저항이 다시 커집니다. 결국 선로 전류가 목소리의 압력을 따라 바뀝니다. 토머스 에디슨은 1877년 4월 27일에 「말하는 전신」 특허를 출원했고, 이 특허는 1892년 5월 3일에야 등록되었습니다. 모형에서는 상대가 전화를 받은 뒤에 진동판과 알갱이가 움직입니다.

수화기. 수화구는 같은 일을 거꾸로 합니다. 고리 자석이 쇠 진동판을 일정한 힘으로 당깁니다. 바뀌는 선로 전류가 자석의 극편에 감은 작은 코일 두 개를 지나면서 그 힘을 더하거나 빼고, 진동판이 전류를 따라 움직여 귀 앞의 공기를 움직입니다.

스트로저의 2단 동작 스위치

알몬 B. 스트로저는 1889년 3월 12일 자동 전화 교환기 특허를 출원했고, 1891년 3월 10일 미국 특허 447,918로 등록되었습니다. 첫 자동 교환국은 1892년 인디애나주 라포트에서 문을 열었습니다. 사정이 독특했습니다. 1890년 벨 회사가 이 도시의 수동 교환국 가입자들을 특허 침해로 고소했고, 법원은 그들의 전화기를 시카고로 보내 태우라고 명령했습니다. 라포트는 약 2년 동안 전화 없이 지냈습니다. 스트로저의 교환국은 가입자 99명분의 자리를 마련했고, 75명이 가입했습니다. 이 교환국을 그린 그림에는 한쪽 벽에 스위치 80개, 다른 쪽 벽에 같은 수의 습식 전지가 놓여 있습니다.

설계의 중심은 두 방향으로 움직이는 단계식 스위치입니다. 축에는 와이퍼라는 접촉 팔이 달려 있고, 그 둘레에 접점이 열 줄에 열 개씩 놓여 있습니다. 한 자석에 펄스가 들어오면 축이 한 줄씩 올라가고, 다른 자석에 펄스가 들어오면 축이 접점 하나씩 돕니다. 열 줄에 열 개씩이니 고를 수 있는 곳이 100개이고, 걸쇠가 매 걸음마다 축을 붙잡아 둡니다. 통화가 끝나면 복귀 자석이 걸쇠를 풀고, 용수철이 축을 처음 각도로 돌려놓은 다음에야 축이 바닥으로 떨어집니다.

무대에서 첫 숫자를 돌리면 축이 올라갑니다. 띠 옆의 격자는 같은 일을 블록 기둥으로 보여 줍니다. 첫 숫자가 끝나면 선택기는 기다립니다. 둘째 숫자는 회전 자석을 움직이고, 와이퍼가 그 줄을 따라 돕니다. 3을 돌리고 0을 돌리면 와이퍼는 3층 10번째 접점에서 멈춥니다. 이것이 30번 회선입니다. 그 회선이 울리는 동안 접점의 주황색 불이 깜박입니다.

라포트의 스위치는 오래 그대로 있지 않았습니다. 1894년 가을 회사는 A. E. 키스가 설계한 지터 스위치로 바꿨지만 잘 작동하지 않았습니다. 1895년 6월에는 키스와 존·찰스 에릭슨 형제의 셋째 설계가 들어갔고, 이 구조가 약 85년 동안 쓰인 스트로저 스위치의 바탕이 되었습니다. 같은 세 사람은 1896년 8월 20일에 「전화 교환용 호출 장치」 특허를 출원했고, 1898년 1월 11일에 등록되었습니다.

선택기 하나에서 도시 교환국까지

선택기 하나는 회선 100개를 맡는데, 라포트에는 그것으로 충분했습니다. 더 큰 교환국은 커넥터라고 부르는 마지막 선택기 앞에 그룹 선택기를 둡니다. 숫자가 하나 늘 때마다 그룹 선택기 하나가 움직여 회선 묶음을 고르고, 마지막 두 자리는 모형과 똑같이 커넥터를 움직입니다. 단계가 하나 늘 때마다 닿을 수 있는 회선이 열 배가 되므로, 단계식 교환국은 한 단계씩 키울 수 있었습니다. 스미스와 캠벨의 교과서 『자동 전화』(1921)도 100회선 스위치를 바로 이렇게, 십 자리 다음 일 자리로 설명합니다.

첫 자동식 전화기에는 다이얼이 없었습니다. 스미스와 캠벨은 가입자 전화기에 누름단추가 있었고 1896년에 호출 장치로 바뀌었다고 씁니다. 교환원으로 사업을 키운 벨 시스템은 단계식 교환을 늦게 받아들였습니다. 벨 시스템이 직접 설치한 첫 단계식 교환국은 1919년 11월 8일 버지니아주 노퍽에서 업무를 시작했고, 오토매틱 일렉트릭 회사가 만들었습니다. 웨스턴 일렉트릭의 패널 스위치는 1920년 오마하에서 업무를 시작했습니다.

다이얼 이전: 교환원의 교환대

교환 방식에서 교환원 수동 교환대를 골라 보세요. 첫 전화 교환국은 1878년 1월 28일 코네티컷주 뉴헤이븐에서 문을 열었습니다. 교환국은 모든 회선을 한곳으로 모았고, 그와 함께 첫 교환원이 생겼습니다.

교환대에서는 회선마다 잭 하나가 있고, 잭마다 램프가 붙어 있습니다. 건 사람이 수화기를 들면 램프가 켜집니다. 교환원은 응답 코드를 그 잭에 꽂아 번호를 묻고, 같은 쌍의 호출 코드를 찾는 회선의 잭에 꽂은 다음 벨을 울립니다. 모형에서는 수화기를 들자마자 42번 램프가 깜박이고, 0.6초 뒤 빨간 플러그가 42번 잭에, 검은 플러그는 돌린 번호의 잭에 꽂힙니다. 수동 교환대에서 다이얼을 돌린다는 것은 물론 꾸민 일입니다. 이 장면에서 숫자는 교환원에게 불렀을 번호를 대신합니다.

실험 칸에 이 장면의 과제가 있습니다. 2번 잭의 손님이 5번 회선을 찾으니, 건 사람 쪽부터 직접 코드를 꽂아야 합니다.

우리나라 첫 전화는 1896년 10월 2일 덕수궁에서 인천 감리소까지 개통되었습니다. 한국민족문화대백과사전은 궁내부가 스웨덴 LM 에릭슨의 자석식 수동 교환기를 썼고, 100회선짜리였다고 적습니다. 일반인 서비스는 1902년 3월 20일에 시작되어 마포, 도동, 시흥, 경교와 인천에 전화소가 생겼습니다. 통화료는 5분에 50전이었고, 먼저 내야 했으며 일찍 끊어도 돌려받지 못했습니다.

크로스바: 마커가 번호 전체를 먼저 읽습니다

단계식 교환국에서는 건 사람의 펄스가 스위치를 직접 움직입니다. 그래서 교환기가 단순하지만, 사람이 번호를 돌리는 내내 스위치 하나가 묶여 있습니다. 크로스바 교환기는 다르게 일합니다. 레지스터가 먼저 숫자를 모으고, 그다음에 공통 제어 장치인 마커가 빈 길을 골라 한 번에 잇습니다.

스위치 자체는 격자입니다. 가로 선택 막대 열 개가 세로 유지 막대 열 개와 엇갈립니다. 연결할 때 마커는 선택 막대 하나를 기울인 다음 세로 막대 하나의 유지 자석을 움직여, 두 막대가 만나는 점의 접점을 닫고 닫힌 채로 둡니다. 그러면 선택 막대는 쉬는 자리로 돌아가 다른 통화에 쓰이고, 유지 막대가 첫 통화를 붙잡고 있습니다. 무대에서는 첫 숫자가 가로줄을, 둘째 숫자가 세로줄을 고르고, 그 교차점이 주황색으로 바뀝니다.

크로스바 스위치는 스웨덴에서 나왔습니다. 에릭슨 역사 자료에 따르면 G. A. 베툴란데르와 닐스 팔름그렌이 1919년 텔레베르케트가 주문한 시험국에서 크로스바 스위치로 만든 선택기를 시험하기 시작했습니다. 순스발의 크로스바 교환국이 1926년에 업무를 시작했고, 텔레베르케트는 이후 20년 동안 이런 교환국을 1,000곳 넘게 지었습니다. 벨 연구소는 1930년 스웨덴을 둘러본 뒤 이 생각을 받아들였고, 1938년에는 링크와 마커를 쓰는 크로스바 교환국 두 곳이 뉴욕에서 움직이고 있었습니다. 첫 5호 크로스바 교환기는 1948년 7월 11일 펜실베이니아주 미디어에서 뒤따랐고, 에릭슨은 1950년 헬싱키에 링크를 쓰는 첫 크로스바 방식을 설치했습니다.

전자 교환: 프로그램이 판단합니다

크로스바 교환기의 마커는 이미 계전기로 만든 작은 컴퓨터입니다. 다음 걸음은 그것을 진짜 컴퓨터로 바꾸는 일이었습니다. 냉음극관을 쓴 전자 교환기의 가입자 시험이 1960년 11월 17일 일리노이주 모리스에서 시작되었습니다. 첫 1호 전자 교환기(No. 1 ESS)는 1965년 5월 뉴저지주 서커서나에서 업무를 시작했습니다. 1965년 벨 시스템 기술지의 보고서는 1호 ESS를 모리스 시험의 상용 후계로 부릅니다.

무대에서 전자 교환을 골라 보세요. 왼쪽 틀은 교환 회로망을 나타냅니다. 유리에 봉한 리드 접점이 격자로 놓여 있다가 닫히며 통화 길을 만듭니다. 위쪽의 램프 줄은 모든 회선을 거듭 살피며 수화기 들림을 찾는 스캐너를 나타냅니다. 오른쪽 틀은 프로그램 기억 장치와 메모리입니다. 수화기를 들면 스캐너가 42번 회선에서 멈춥니다. 숫자는 메모리로 들어가 작은 화면에 나오고, 둘 다 들어오면 프로그램이 리드 격자의 교차점 세 개를 차례로 닫아 받는 회선과 잇습니다.

전자 교환기는 두 가지 다이얼을 모두 받았습니다. 같은 1965년 보고서는 다이얼 전화기와 터치톤 전화기를 한 회선에 함께 다는 경우와, 다이얼 전화기의 펄스를 제어 장치가 읽을 수 있는 짧은 소리 묶음으로 바꾸는 방법을 설명합니다. 그래서 모형도 이 장면에서는 다이얼 펄스와 터치톤 단추를 모두 받습니다.

우리나라에서는 1979년 12월 영동전화국과 당산전화국에 M10CN 전자 교환기가 들어오면서 전자 교환이 시작되었습니다.

디지털 교환기와 시간 칸

지금까지의 교환기는 모두 금속 조각으로 두 회선을 이었습니다. 코드, 와이퍼, 교차점, 리드가 그랬습니다. 디지털 교환기는 그렇게 하지 않습니다. 목소리를 재서 숫자로 바꿉니다. ITU-T G.711은 목소리를 1초에 8000번 재고 한 번에 8비트로 적으므로, 통화 하나는 8000 × 8 = 64,000비트/초입니다. 그다음 여러 통화가 차례를 나눠 길 하나를 함께 씁니다. ITU-T G.732에서는 2048 kbit/s 흐름을 125마이크로초짜리 틀로 나누고, 틀마다 8비트짜리 시간 칸 32개가 있습니다. 32 × 8 × 8000 = 2,048,000비트/초입니다. 0번 칸은 맞춤용으로 남겨 둡니다.

두 회선을 잇는다는 것은 건 사람 칸의 바이트를 틀마다 받는 회선의 칸으로 옮기는 일입니다. 무대의 바퀴는 틀 하나의 칸 32개를 보여 주는데, 125마이크로초를 한 바퀴 2초로 늦췄습니다. 0번 칸은 어둡습니다. 수화기를 들면 건 사람 칸이 파랗게, 번호를 돌리면 받는 회선의 칸이 주황색으로 바뀌고, 작은 정육면체들이 한쪽 부호기에서 바퀴를 거쳐 다른 쪽 부호기로 바이트를 나릅니다.

에릭슨과 텔레베르케트는 1970년대에 AXE 교환 방식을 함께 만들었고, 웨스턴 일렉트릭은 1982년 첫 5호 ESS 시내 교환기를 설치했습니다. 우리나라는 직접 만들었습니다. 지금의 ETRI가 된 연구소가 개발한 시분할 교환기 TDX는 1984년 4월 25일 시범 인증기를 개통하고 1986년 3월 14일 상용화되었습니다. TDX-1은 8비트 마이크로프로세서 Z-80 수백 개가 서로 통신하며 컴퓨터 한 대처럼 움직이도록 만들었습니다.

터치톤: 단추마다 소리 두 개

펄스 다이얼은 느리고, 통화를 잇는 동안에만 쓸모가 있습니다. 회선이 이어지고 나면 다이얼은 더 할 말이 없습니다. 터치톤은 소리를 보내므로, 그 소리가 연결된 길 전체를 따라 지나갈 수 있습니다.

터치톤 호출의 첫 현장 시험은 1960년 11월 1일 오하이오주 핀들레이에서 시작했습니다. 벨 시스템은 1963년 11월 18일 이 서비스를 가입자에게 내놓았고, 펜실베이니아주 카네기와 그린즈버그가 처음 받았습니다. 새 전화기를 써 보려면 한 달에 1.50달러를 더 내야 했습니다. 첫 전화기에는 단추가 열 개였고, 별표와 우물 정자는 다섯 해쯤 뒤에 생겼습니다.

단추 하나는 낮은 소리 무리에서 하나, 높은 소리 무리에서 하나, 소리 두 개를 한꺼번에 보냅니다. ITU-T Q.23이 주파수를 정합니다.

그러니 5는 770 Hz와 1336 Hz이고, 0은 941 Hz와 1336 Hz입니다. 넷째 세로줄 1633 Hz에는 A부터 D까지 단추 네 개가 더 있는데, 집 전화기에는 보통 없습니다. 따로 나온 권고 Q.24가 교환기 수신기가 이 짝을 알아듣는 방법을 정합니다. 무대의 수신기에는 여덟 주파수마다 필터가 하나씩 있고, 낮은 쪽 필터 하나와 높은 쪽 필터 하나가 꼭 하나씩 울릴 때만 숫자로 받습니다. 목소리나 휘파람이 이런 짝을 정확히 내는 일은 드물고, 어느 소리도 다른 소리의 정수배에 가깝지 않으므로 한 소리의 배음이 다른 소리 자리에 떨어지지 않습니다.

터치톤 신호를 고르고 무대나 실험 칸의 단추를 눌러 보세요. 소리를 켜면 짝이 들리고, 수신기의 막대가 어느 두 필터가 울렸는지, 레지스터가 기억한 숫자가 무엇인지 보여 줍니다. 그보다 오래된 장면에서는 모형의 교환기가 펄스만 세고 소리는 무시합니다. 톤 수신기가 없는 단계식 교환기라면 그랬을 것입니다.

사람들이 오래 쓴 전화기

전화기는 교환기보다 모양이 덜 바뀌었고, 어떤 설계는 수십 년을 갔습니다. 기록에 날짜가 남은 몇 가지입니다.

• 우정청 탁상 전화기 162호는 1929년에 나왔고, 벨은 따로 떨어진 벨 상자에 있었습니다.
• 232호는 1934년에 뒤따랐습니다. 영국 과학박물관 그룹의 상아색 232호는 색이 들어간 까닭을 보여 줍니다. 요소 포름알데히드 같은 플라스틱은 안료를 섞을 수 있었습니다.
• 332호는 1937년 6월 14일에 나왔고 벨이 몸통 안에 있었습니다. 수동 교환 지역용에는 다이얼 자리에 빈 판이 있었고, 교환국이 자동식이 되면 다이얼을 달았습니다. 과학박물관 그룹은 1938년 영국에서 만든 검은색 332호를 소장하고 있습니다.
• 1931년 에릭슨 DBH 1001 베이클라이트 전화기는 오슬로의 엘렉트리스크 뷔로, LM 에릭슨, 텔레베르케트가 함께 만들었습니다. 쿠퍼 휴잇은 이것을 플라스틱 전화기의 모양을 정한 설계로 소개합니다.
• 에리코폰은 다이얼과 수화기를 한 덩어리로 만들었습니다. 1954년 시험 생산 뒤 1956년부터 1982년까지 칼스크로나에서 250만 대 넘게 만들어졌고, 30가지 색이 있었지만 검은색은 없었습니다. 스웨덴에 팔린 것은 20 % 정도였습니다.

무대의 모형 전화기는 이 가운데 어느 하나를 그대로 옮긴 것이 아닙니다. 1930년대 전화기의 비스듬한 앞면과 베이클라이트 몸통에, 벨을 안에 넣었습니다.

우리나라 교환기, 궁궐 전화에서 TDX까지

우리 기록에는 무대에 나오는 거의 모든 교환 방식의 날짜가 차례로 남아 있습니다.

1. 1896년: 궁궐 전화, 100회선짜리 에릭슨 자석식 교환기.
2. 1902년: 일반인 전화소, 6월 6일부터 한성전화소의 시내 교환, 10회선과 50회선짜리 교환기.
3. 1908년: 경성우편국의 자석식 교환기가 꽉 차서 들어온 공전식 교환기.
4. 1935년: 3월 나진우편국에 첫 자동 교환기 지멘스 스트로저 F형, 10월 경성중앙전화국에 NEC 스트로저 A형.
5. 1960년: 8월 용산전화국에 EMD 교환기.
6. 1962년: 12월 서울중앙전화국에 국내 기술로 만든 300회선 스트로저 교환기.
7. 1979년: 12월 영동·당산에 M10CN 전자 교환기.
8. 1983년: 12월 22일 마지막 공전식 수동 교환기 폐지.
9. 1986년: 3월 14일부터 TDX 상용화.

국가기록원은 1987년 전화 1000만 회선이 공급되어 한 집에 한 대꼴이 되었고, 1993년에 2000만 회선을 넘었다고 적습니다.

모형의 발신음과 벨

수화기를 들면 훅 스위치가 회로를 닫습니다. 전류가 흐르고 띠의 선이 위로 올라갑니다. 소리를 켜 두면 모형은 ITU-T의 나라별 신호음 목록이 미국 것으로 적은 발신음을 냅니다. 350 Hz와 440 Hz를 섞은 일정한 소리입니다. 첫 끊김에서 발신음이 멈춥니다. 둘째 숫자가 들어가면 건 사람이 듣는 호출음 440 Hz + 480 Hz가 2초 울리고 4초 쉬기를 되풀이합니다. 6초가 지나면 받는 쪽이 전화를 받아 호출음이 멈추고, 수화기 속 송화기가 움직이기 시작합니다. 소리는 직접 켠 뒤에만 납니다.

벨 울리기 조작은 반대 일을 합니다. 이 전화기를 울립니다. 모형은 20 Hz 벨 전류를 같은 2초 울림, 4초 쉼 박자로 보내고, 망치가 두 종 사이를 오가며, 소리를 켜면 벨 소리가 들립니다. 수화기를 들면 받습니다.

통화 경로 조작은 통화가 지나는 길을 가는 주황색 선으로 그립니다. 전화기에서 바닥의 전선을 따라 지금 보이는 교환기 안으로 들어갑니다. 구슬 하나가 통화가 간 데까지 그 선을 따라 달립니다. 수화기를 들면 교환기까지, 숫자가 하나 들어갈 때마다 더 멀리, 받는 회선이 울리면 끝까지 갑니다. 실험 칸은 같은 길을 이름 붙은 단계 줄로 보여 줍니다.

모형과 실제 전화가 다른 점

• 전화기는 회선 100개짜리 선택기 하나 또는 그것을 대신하는 장치에 바로 연결되어 있습니다. 실제 교환기는 회선 찾기 장치와 그룹 선택기를 거쳐, 크로스바 교환국에서는 링크를 거쳐 마지막 스위치에 닿습니다.
• 실제 선택기에는 회선마다 선 여러 가닥을 위해 접점 뱅크 세 개가 위아래로 겹쳐 있습니다. 모형에는 하나뿐입니다.
• 모형 교환기의 한계인 이어짐 25 ms 이상, 끊김 200 ms 이하는 어림한 모형 값입니다. 실제 교환기는 방식과 나라마다 시간이 달랐습니다.
• 모형의 다이얼은 이상적으로 완전히 일정한 속도로 돕니다. 실제 거버너는 닳으면 청소하고 조정해야 했습니다.
• 거버너로 가는 기어비, 캠의 크기, 태엽이 감기는 수는 보기 쉽게 정한 것이고 도면에서 옮긴 값이 아닙니다.
• 벨, 통화 회로, 송화기, 수화기는 단순하게 만든 모양입니다. 크로스바, 전자, 디지털 장면은 교환국 전체가 아니라 각 방식의 생각을 보여 줍니다. 스위치 하나, 마커 하나, 리드 격자 하나, 시간 칸 틀 하나뿐입니다.
• 펄스 세기는 숫자 n이 펄스 n개를, 0이 펄스 열 개를 보내는 흔한 방식을 따랐습니다.