Hoe werkt uw radio?
DE COMMERCIËLE radiouitzendingen in de Verenigde Staten begonnen precies vijftig jaar geleden, in 1920. Tegen 1925 waren er 3 miljoen radiotoestellen in de Amerikaanse huizen. In 1940 was dit aantal toegenomen tot meer dan 45 miljoen en thans zijn er alleen al in de Verenigde Staten naar schatting 275 miljoen radiotoestellen. Dat is meer dan één radio per persoon! Ondanks dit aantal begrijpen de meeste mensen toch maar weinig van de werking van de radio. Hebt u zich ooit afgevraagd hoe uw radio werkt?
Als u dit leest zit u misschien in een gemakkelijke stoel en zorgt de radio voor achtergrondmuziek. Laten wij eens stap voor stap nagaan hoe het komt dat deze muziek in staat is de weg van de omroepstudio naar uw huiskamer af te leggen.
De muziek wordt uitgezonden
De muziek wordt voortgebracht door een orkest of, in de meeste gevallen tegenwoordig, door een opname in de radiostudio. De tonen van de muziek worden door de lucht voortgeplant van het orkest naar de microfoon. Geluid is in werkelijkheid het gevolg van kleine verschillen in de druk van de lucht. Het oor merkt deze drukverschillen op en stelt iemand in staat de muziek te horen. De microfoon merkt de drukverschillen eveneens op en verandert deze geluidsgolven in spanningsverschillen of elektrische trillingen evenredig aan de geluidsgolven.
Op deze wijze vormt de microfoon de eerste belangrijke schakel in de omzetting van geluid in elektriciteit. Er zijn verschillende typen microfoons, maar wij zullen de werking nagaan van de dynamische microfoon. De onderstaande afbeelding zal u helpen een beeld te vormen van de diverse onderdelen.
Het membraan is vervaardigd van papier of ander licht materiaal dat door het geluid van de muziek gaat trillen. Dit heeft tot gevolg dat het kleine met draad omwonden spoeltje (de spreekspoel) heen en weer wordt bewogen aangezien het stevig aan het membraan is bevestigd. De spreekspoel beweegt heen en weer door het krachtige magnetische veld dat afkomstig is van de permanente magneet en dit wekt elektrische spanningen op die evenredig zijn aan de geluidsgolven. Deze elektrische trillingen zijn nu nog zeer zwak en moeten dus versterkt worden. Dit wordt gedaan door radiobuizen of transistors.
Vanuit de studiocontrolekamer worden de elektromagnetische trillingen naar de zender overgebracht. Bij kleine radiostations kan het voorkomen dat de zender in de studiocontrolekamer zelf is opgesteld. Grotere stations hebben echter hun krachtige zenders buiten de stad, een eind uit de buurt van de hoge gebouwen en andere hindernissen die hun uitzendingen zouden kunnen vervormen.
De zender bestaat uit elektronische apparatuur die radiogolven opwekt en deze golven samenvoegt met de elektromagnetische trillingen die in de microfoon zijn opgewekt. Deze samenvoeging kan op twee manieren plaatsvinden, namelijk zo dat òf amplitudemodulatie (AM) òf frequentiemodulatie (FM) wordt toegepast.
Amplitudemodulatie is verandering van de amplitude van de draaggolf, terwijl daarentegen frequentiemodulatie verandering van de frequentie van de draaggolf is. Een AM-draaggolf heeft het voordeel dat ze een grote afstand kan overbruggen aangezien het een lange golf is en ze de kromming van de aarde volgt. De FM-golven bereiken daarentegen slechts kortere afstanden, omdat ze de kromming van de aarde niet volgen. Een voordeel van FM boven AM is, dat de ontvangst naar verhouding vrijwel storingvrij is.
Na de samenvoeging van elektromagnetische trillingen en radiogolven ten einde gemoduleerde draaggolven te vormen, worden de gemoduleerde golven naar een zendantenne gevoerd. De antenne reikt tot hoog in de lucht, soms 150 meter of meer. Vanuit deze antenne worden de golven de ruimte ingezonden en verspreiden ze zich als de golfjes die ontstaan wanneer een steen in stilstaand water geworpen wordt. Deze gemoduleerde golven zijn de dragers van al de variaties en tonen van de muziek die in de studio voortgebracht wordt.
Gezien de letterlijk duizenden radiostations die alleen al in de Verenigde Staten uitzenden, zou u zich kunnen afvragen hoe alle radiogolven die door deze stations worden uitgezonden ervan weerhouden worden elkaar over en weer te storen. In Amerika werd daarom in 1927 de Federale Radiocommissie opgericht om zulke storingen te voorkomen; ze werd in 1934 vervangen door de Federale Communicatiecommissie. Ook internationaal is het nodig gebleken de verdeling van het frequentiegebied der radiogolven te regelen. De Europese landen zijn herhaalde malen in conferenties bijeengekomen om onderlinge afspraken te maken. Deze conferenties zijn gehouden te Genève, Montreux en in 1948 te Kopenhagen.
Het resultaat van deze conferenties is geweest dat de stations van de verschillende landen een of meer bepaalde kanalen of frequenties toegewezen kregen, die zij bij het uitzenden mochten gebruiken. Deze toegewezen frequentie (of golflengte, zoals wij nog steeds zeggen), wordt meestal aangeduid door het getal dat u op uw afstemschaal ziet, daar waar u dat station kunt opvangen. De frequentie van een AM-station kan ergens tussen 550 en 1600 kiloherz (kHz) liggen.
De muziek wordt ontvangen
Radiogolven die van zendstations komen zijn overal om ons heen. Wij kunnen ze niet zien, maar ze zijn er toch. Hoe komt het dan dat uw radio de golven uitkiest waardoor de muziek die u wilt horen, wordt overgebracht? En hoe worden de radiogolven weer in geluid omgezet? Laten wij dit eens bekijken.
Ten eerste moeten de radiogolven in uw toestel worden ontvangen. Hiervoor zorgt de antenne. Ze komt overeen met iemands oren. De meeste radio’s hebben tegenwoordig ingebouwde antennes, ofschoon autoradio’s heel vaak buitenantennes hebben. Een buitenantenne geeft een betere ontvangst voor zwakkere binnenkomende signalen.
De radiogolven die door het radiostation uitgezonden of uitgestraald worden, wekken een klein elektronisch signaal, een geringe spanning op als ze uw antenne raken. Daar de golven van een onnoemelijk aantal stations door middel van uw antenne in uw radio gevoerd worden, moeten de golven waardoor de muziek die u wilt horen, wordt gedragen, uit de andere geselecteerd worden. Hoe wordt dit gedaan?
Dit wordt tot stand gebracht door middel van het onderdeel in uw radio dat de afsteminrichting genoemd wordt. Met de kies- of afstemknop van uw radio kunt u het kanaal of de frequentie (in Nederland spreken wij nog altijd over golflengte) uitkiezen van het station dat de gewenste muziek uitzendt. Het afstemmen houdt dus eenvoudigweg in, dat de ene frequentie wordt uitgekozen en alle andere frequenties worden geweigerd. Maar dat is niet altijd even gemakkelijk geweest.
Jaren geleden toen de radio nog niet zo ver ontwikkeld was als thans het geval is, was de onmogelijkheid nauwkeurig de gewenste frequenties uit te kiezen een schreeuwend gebrek. Zo ernstig was de situatie zelfs, dat als de marine van de Verenigde Staten S.O.S.-signalen van een schip in nood wilde ontvangen, de commerciële radiostations verplicht waren hun uitzendingen tijdelijk te staken, zodat de marine-ontvangsttoestellen deze radioberichten zonder storing konden ontvangen. Het probleem van storing door andere stations komt men thans echter maar zelden tegen.
Nadat het afstemgedeelte het speciale gewenste station heeft uitgekozen, worden daarna door middel van een radiobuis (of een transistor), die oscillatorbuis of mengtrap genoemd wordt, de gemoduleerde golven omgezet in een lagere frequentie. Vervolgens worden de golven sterker gemaakt of versterkt door een buis of transistor die de m.f.-(middenfrequentie)versterker genoemd wordt.
Nu de gemoduleerde golf voldoende versterkt is, wordt ze naar een detectorbuis gezonden. Deze buis verwijdert de radiogolf die bij de zender was opgewekt en de hele weg tot op dit punt als een draaggolf van de elektromagnetische trillingen heeft gediend. Alles wat er nu is overgebleven, zijn de elektromagnetische trillingen. Dit zijn de trillingen die in de microfoon van de radiostudio waren opgewekt door de luchtdruktrillingen die de orkestmuziek voortbracht.
De afgifte van deze trillingen door de detector is zeer zwak, dus hebben ze opnieuw versterking nodig. Om dit te bereiken worden de elektromagnetische trillingen naar de laagfrequentieversterker geleid, die in dezelfde buis zit als de detector. Hier wordt de spanning verhoogd, en vervolgens worden de trillingen naar de eindbuis geleid, die de luidspreker de nodige energie levert.
De luidspreker is de laatste schakel tussen de muziektrillingen die door de radiostudiomicrofoon worden opgevangen en de luisteraar thuis. Hij zet de nu zeer krachtige elektromagnetische trillingen om in mechanische trillingen. Dit wordt gedaan door de werking van de microfoon eenvoudig om te keren.
In de luidspreker wordt een permanente magneet op zijn plaats gehouden en een draadspoel, de spreekspoel genaamd, met de uitgang van de eindversterker verbonden. De elektrische stroom door de spoel, die op de conus is gemonteerd, heeft tot gevolg dat de conus, die meestal van papier is gemaakt, heen en weer beweegt en mechanische trillingen voortbrengt. Deze trillingen brengen dan drukverschillen voort in de lucht van uw huiskamer, die gelijk zijn aan die welke door de muziek in de studio zijn voortgebracht.
Op deze wijze hoort u de aangename melodieën van achtergrondmuziek, als u zich in uw gemakkelijke stoel ontspant! Het overbrengen van geluid door middel van de radio is inderdaad een opmerkelijke prestatie.
[Diagram op blz. 24]
(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)
Schema van een elektrodynamische microfoon
PERMANENTE MAGNEET
WEEKIJZEREN KERN
MEMBRAAN & SPREEKSPOEL
[Diagram op blz. 25]
(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)
De binnenkant van een radiotoestel, van boven af gezien
DETECTOR & L.F.-VERSTERKER
M.F.-VERSTERKER
AFSTEMCONDENSATOR
EINDBUIS
OSCILLATORBUIS
LUIDSPREKER
GELIJKRICHTBUIS
ANTENNE