인간은 인간 상호간은 물론 세상만물과의 소통을 통해 자신의 존재를 확인하여 왔다. 빛과 소리, 문자를 기본으로 정보를 나눴고, 이 과정에서 정보를 좀 더 쉽게 처리하고, 저장하고, 이동하기 위한 수단을 개발하기 위해 부단한 노력을 기울여 왔다. 인간은 정보통신 매체를 발전시키며 진화했으며, 그 진화를 통해 좀 더 진보한 정보통신 매체를 개발할 수 있었다. 인류는 정보통신 기술을 발전시켰고, 정보통신 매체는 다시 인류를 진화시켜 온 것이다.

전기를 이용한 통신방식이 탄생하기 이전, 인류는 서로 마주하면서 언어를 주고받거나 기호와 문자를 기록하여 저장, 전달하는 방식으로 소통했다. 음성과 문자의 한계를 이야기 하지 않더라도 음성통신의 일시성과 문자 기록물의 이동에 대한 불편함은 늘 극복의 대상이었다. 이런 한계를 극복한 한 것이 바로 전기를 이용한 통신방식, 즉 전화였다.

전화는 유선전화, 무선전화, 휴대폰 등 다양한 형태의 통신 매체로 발달되어 왔고, 그에 따른 교환기술, 전송 기술도 함께 발달되어 왔다. 특히 컴퓨터와 인터넷 기술과 결합하면서 20세기 인류문명의 발전에 아주 중요한 요소가 되었다. 전화는 과학기술 역사상 가장 획기적인 발명품의 하나로 평가받고 있다.


농아들에 대한 사랑에서 시작된 전화 발명

그림 1 전화기를 처음 발명한 알렉산더 그레이엄 벨. 농아들에게 소리를 듣게 하고자하는 목표가 전화기를 발명하게 한 원동력이었다. 사진 제공 : 동아일보

전화를 처음 발명한 알렉산더 그레이엄 벨이다. 그는 영국 스코틀랜드 에든버러에서 출생, 미국 보스턴에서 아버지의 뒤를 이어 농아학교에서 농아에게 발성법을 가르치는 일을 시작했다. 발성법에 관심이 높았던 벨은 헤르만 헬름홀츠의 음성과 감각에 관한 실험에 대해 공부한 뒤 전신기에 관심을 갖기 시작했고, 전기의 특성을 이용한 통신방식을 통해 농아들에게 소리를 들려줄 수 있을 것이라는 믿음을 갖게 되었다.

벨은 직업적 발명가가 아니었기 때문에 이런 믿음을 실현하기는 쉽지 않았다. 주변 사람들도 전화의 실용화 가능성에 대해 상당히 회의적이었다. 다중전신, 즉 한 가닥의 전선에 여러 개의 전신회선을 이용할 수 있게 하는 방식에 더 많은 비중을 두기를 원했다. 하지만 벨은 자신의 일과 연관된, 소리를 못 듣는 농아들에게 소리를 듣게 하고자 하는 인본주의적 목표를 가지고 있었고, 그 가치를 발명을 위한 에너지로 삼았다.

벨은 1976년 2월 전화에 대한 특허를 출원, 특허권을 획득한 후 전화 회사를 설립했다. 현재 미국의 최대 통신회사인 AT&T의 전신 벨전화회사였다. 전화의 발명으로 받은 볼타상(賞) 기금으로 볼타연구소를 창설, 농아교육에 힘썼다. 벨은 이후 전화의 성능향상에 노력했고, 축음기 개량, 비행기 연구, 사이언스지 창간 등 여러 방면에 업적을 남겼다.



벨보다 2시간 늦어 영원한 2등으로 남은 그레이

한편 전화의 발명을 이야기할 때 늘 조연으로 출연하는 사람이 있다. 벨보다 결코 뒤처지지 않는 능력을 가지고 있었음에도 불구하고 벨보다 2시간 늦게 특허를 출원하는 바람에 전화발명 역사의 불행한 조연의 역할을 할 수밖에 없는 인물. 바로 엘리사 그레이다.

그림 2 벨보다 2시간 늦게 전화기 발명에 대한 특허를 신청한 알리샤 그레이. 사진 제공 : 위키피디아

[box] 전화보다 33년이나 먼저 발명된 팩시밀리 팩시밀리(facsimile)는 문자, 도표, 사진 등의 기록화상을 전기를 이용하는 통신선을 통하여 원하는 곳으로 보내고 받을 수 있는 통신수단과 그 장치를 말한다. 보내고자 하는 대상물을 화소(주사선)로 분해하여 전기신호로 바꾸어 전화선이나 기타 통신망을 통해 전송하고, 수신 지점에서는 전기신호를 재생하여 원화와 같은 모양의 화상을 얻는다. 사진전송, 사진전신, 모사전송 또는 줄여서 팩스(fax)라고 한다. 팩스는 1837년 전자석 전신기, 1840년 모스 전신기 발명 다음으로 오래 된 전기를 이용한 통신 발명품이다. 전화가 팩스보다 더 빨리 발명됐을 것이라고 생각하는 사람이 많지만, 사실 팩스가 전화보다 한참 전에 발명되었다. 벨이 1876년 전화를 세상에 내놓기 무려 33년 전인, 1843년 영국의 시계 제조업자 A. 베인이 팩스를 처음 발명했다. 베인은 시계 전문가답게 전신선의 양끝에 흔들리는 추를 단 형태의 팩시밀리를 고안했다. 그림 3 초창기 팩스. 팩스는 전화보다 일찍 발명되었으나 상품화가 매우 늦었다. 사진 제공 : thecapitolfaxblog.com 초기의 팩스는 송신부에는 철침이 달린 추가 있어서 금속으로 된 문자 위를, 수신부에서는 추가 화학 처리된 종이 위를 왕복하도록 만들어졌다. 때문에 이용하기가 불편하고 그다지 실용적이지 못하여 상품화되지 못했다. 초기의 팩스가 사용하기 편리하게 개량되고 전화가 널리 퍼진 100여년이 지난 1970년대가 되어서야 팩스의 대중화가 이루어졌다. 팩스를 보내기 위해 전화를 걸었을 때 들려오는 삐- 소리는 송신용과 수신용의 스팩을 맞추기 위해 데이터를 주고받는 소리다. 성능이 다른 팩스가 연결되었다면 낮은 스팩의 팩스에 맞추어 송수신이 이루어진다. 이제 팩스는 그 이용도가 많이 떨어졌다. 인터넷을 이용한 전자메일이 활성화되었기 때문이다. 그렇지만 전자메일 또한 문자나 도표, 그림을 먼 곳까지 직접 보내고자 하는 인간의 소통 한계를 극복하고자 하는 노력의 결과라고 보았을 때, 팩스 발명의 가치는 앞으로도 계속 이어지게 될 것이다.

탄소입자의 진동이 음성을 전기신호로 바꿔

전화는 전기신호가 이동할 수 있는 유선 또는 무선 통신망을 통하여 음성이나 데이터를 일정한 부호로 송신하고, 수신측에서 그 신호를 음성 또는 데이터로 바꾸는 통신시스템이다. 전화의 구성은 음성과 전기신호를 변환하는 전화기, 전화기에서 오는 전기신호를 전송하는 전화회선, 특정한 상대는 물론 임의의 많은 상대에게 전화회선을 연결해주는 전화교환기로 구성되어있다. 이들 구성요소들의 역할과 원리를 차례대로 살펴보자.

먼저 전화기는 음성을 전기신호로 바꾸는 송화기와 상대의 송화기의 전기신호를 음성으로 바꾸는 수화기가 핵심이다. 송화기는 뒷면에 탄소입자들이 붙어있는 진동판을 통해 음성을 전기신호로 바꾸는 역할을 한다. 음성의 음압변화에 따라 진동하면 진동판 뒷면에 붙어있는 탄소입자에 걸리는 압력이 변하고, 이에 따라 탄소입자의 전기저항도 변한다. 이 변화가 전류의 변화를 일으켜 음성신호가 전기신호로 바뀌게 된다. 수화기는 영구자석과 조합된 전자석과 이것에 의해 구동되는 진동판으로 이루어져 송화기의 전류신호를 음성신호로 재생시키는 역할을 한다.

전화회선은 전화기로부터 교환기가 있는 전화국까지의 회선과, 전화국간을 연결하는 회선으로 구별된다. 유선방식과 무선방식에서 크게 구별되는데, 유선의 경우에는 다양한 케이블을 이용하여 이루어지고, 무선의 경우에는 특정한 주파수의 무선을 통신을 통하여 이루어진다. 하지만 유선의 경우에도 일부구간에서 무선방식이 이용될 수 있고, 휴대전화 등의 통신에서도 유선회선이 일부 활용되고 있다.

전화의 교환방식은 교환원의 필요 여부에 따라 수동식과 자동식으로 분류된다. 수동식에는 자석식과 공전식이 있는데, 자석식은 자석식 발전기가 딸린 전화기와 송화용 전지가 필요하지만, 공전식은 송수화기만 있는 것으로, 전원을 교환기에서 공급하는 방식이다.

전화 가입자 수가 급격히 늘면서 발전한 것이 기계식과 전자식 교환기이다. 교환원이 필요 없도록 개발된 자동식 교환기는, 다이얼의 숫자 한 자리마다 단계별로 전자계전기가 작동하고, 차례로 스위치를 작동시켜 상대방에 접속하는 기계식 방식과 다이얼 된 숫자를 컴퓨터가 처리하는 전자식 방식이 있다.

컴퓨터와 결합하여 진화를 거듭하는 전화

그림 5 전화와 컴퓨터의 결합은 유선과 무선의 경계뿐만 아니라 통신매체와 컴퓨터의 경계를 무너뜨릴 것이다. 사진 제공 : 동아일보