נוסח השאלה המלא:
איך הופכים צליל לגל רדיו ואיך אפשר לקלוט את הגל ולהפוך את גל הרדיו בחזרה לצליל?
התשובה בקיצור. רק להדפיס ולשמור בכיס | התמונה לקוחה מוויקיפדיה
הצליל שאנו מפיקים ושומעים, גל הקול, הוא גל לחץ שנע באוויר. כל צליל שנע באוויר יוצר 'הפרעה' אופיינית בלחץ האוויר שמתקדמת במהירות הקול. גל הרדיו, לעומת זאת, הוא גל אלקטרומגנטי – הפרעה בשדה האלקטרומגנטי שמתקדמת במרחב במהירות האור..gif)
פרופיל לחץ אופייני של גל קול | התמונה לקוחה מוויקיפדיה.
הדרך הפשוטה ביותר להמיר גל קול לגל אלקטרומגנטי היא בתיווך של אות חשמלי. תחילה ממירים את גל הקול לאות חשמלי, ואז את האות החשמלי לגל רדיו, כשכל המרה מתבצעת על ידי 'מתמר' ייעודי. המתמרים שנדבר עליהם הם מיקרופון, רמקול ואנטנה.
אדמונד לאו | התמונה לקוחה מוויקיפדיה
המיקרופון ממיר גל קול לאות חשמלי, כשבדרך גל הקול מתורגם לתנודות מכניות של קרום ('ממברנה'). יש כמה דקררכים לעשות את זה:
מיקרופון דינמי: המיקרופון זה מבוסס על עקרון ההשראה האלקטרומגנטית. הממברנה הרוטטת מזיזה מגנט שנתון בתוך טבעת מוליכה, והשינוי בשדה המגנטי בטבעת וצרת זרם שמתנודד בתדירות זהה לתנועה ובגודל שתלוי בעוצמתה.
מיקרופון קיבולי: במיקרופון הזה יש שני לוחות טעונים שפועלים בתור קבל, כשאחד מהם צמוד לממברנה. כשהממברנה רוטטת המרחק בין הלוחות משתנה וכתוצאה מכך משתנה הקיבול ונוצר שינוי בהפרש הפוטנציאלים (המתח) בין שני הלוחות (ליתר דיוק, הגדרת הקיבול היא היחס בין המתח והמטען, כך שזו אינה תוצאה). כיוון שהעצם שנע במיקרופון הזה (לוח הקבל) קטן בהרבה מהמגנט שנע במיקרופון הדינמי, המיקרופון הזה רגיש לצלילים חלשים הרבה יותר – ולא תמיד זה יתרון.
תרשים של מיקרופון פחמי. | התמונה לקוחה מוויקיפדיה
מיקרופון פחמי: ניתן גם להמיר את התנודות לאות חשמלי על ידי שינוי ההתנגדות של נגד, למשל אבקת פחם. כאשר האבקה נדחסת התנגדותה יורדת, ולכן תחת מתח קבוע התנודות יתורגמו לזרם.
יש עוד אפשרויות רבות, ביניהן שימוש בגביש פיאזו-אלקטרי שממיר ישירות תנודות למתח (ולהפך), אתה מוזמן לקרוא וגם לחשוב בעצמך על רעיונות.
את האות החשמלי אנו הופכים לגל אלקטרומגנטי באמצעות אנטנה. האנטנה הפשוטה ביותר היא 'אנטנת דיפול, שהמציא כבר ב-1886 המדען היינריך הרץ.
אנטנת דיפול | התמונה לקוחה מוויקיפדיה
כאשר זרם זורם בתדירות מסויימת במקטע קטן (ביחס לאורך הגל המתאים של הקרינה האלקטרומגנטית) של מוליך, ייווצר במרחק רב גל אלקטרומגנטי באותו תדר, שמשרעתו תלויה בעוצמת הזרם. להרחבה אפשר לראות כאן ובקישורים הקודמים. כיוון שהזרם באנטנה חייב לבוא ממקור כלשהו, אנחנו 'מרמים', ומחלקים את המקטע לשני מקטעים שמחוברים למקור.
בשידורי רדיו לא משדרים את האות החשמלי שהתקבל מהמיקרופון 'כמו שהוא', אלא הוא עובר 'אפנון' – כלומר 'מרכיבים' אותו באמצעים אלקטרוניים לשידור בתוך אות בתדר מסוים (התדר של התחנה), כך שהמידע נמצא במשרעת האות (AM), או בתדר (FM). לאחר שהאות נקלט במקלט צריך לפענח אותו בחזרה בהתאם לשני סוגי האפנון.
הקליטה
עד כה דיברנו על השידור, אך מה עם הקליטה? כאן ארחיב במעט על עיקרון בסיסי.
חוקי הפיסיקה נכונים בדרך כלל בשני כיווני הזמן. למשל, אם נזרוק כדור למעלה, נצלם אותו ונקרין את התוצאה מהסוף להתחלה, נקבל את אותה תנועה בדיוק, רק של כדור נופל. אם נסריט התנגשות של שני כדורי ביליארד ונקרין אותה במהופך, ההתנגשות ההפוכה תהיה הגיונית לחלוטין מבחינה פיסיקלית. אפילו מכת הפתיחה בביליארד, או פצצה שמתפוצצת לאלפי פיסות, תיראה הגיונית מבחינת חוקי התנועה של הפיסיקה גם בהצגה מהסוף להתחלה. כמובן, במקרים האלה הצופה הנבון יחשוד כבר שזה לא הגיוני.
בגלל זה, הקרינה שאות מסוים חולל באנטנה תגרום לזרם דומה באנטנת המקלט שלנו, והשדה החשמלי המתנודד יגרום למטענים לזרום באנטנה. כשאנחנו מכוונים את האנטנה בבית כדי לקלוט את השידור טוב יותר, אנחנו בעצם לא מנסים 'למצוא' את הגל, כפי שאולי נוטים לחשוב, אלא מניחים אותה בזווית הנכונה כדי שהכיוון שלה יתאים לכיוון השדה החשמלי.
כיוון השדה החשמלי בקרינה בנקודה מסוימת באנטנת דיפול, שמסומן בתרשים שלמעלה באות E, יהיה מאונך לקו שמחבר את הנקודה למרכז הדיפול, במישור שמכיל את אותו קו ואת הדיפול (המסך). קצת מסובך, אבל לא נורא. האם תוכל להבין איך מכוונים אנטנה לקליטה?
גם רמקול הוא בעצם מיקרופון דינמי (נסה בבית לחבר מיקרופון פשוט לחור של האוזניות), שהזרם המשתנה גורם לשינוי בשדה המגנטי. כתוצאה מזה המגנט מתנודד ומרעיד את הממברנה.
חתך של רמקול. יש כאן ממברנה ומגנט ועוד דברים מעצבנים בקטן | התמונה לקוחה מוויקיפדיה
חג שמח והאזנה נעימה!
אלעד יעקבי
המחלקה לחומר מעובה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.
