Εξοπλισμός ήχου και εικόνας

ΤΟ ΤΗΛΕΦΩΝΟ

Στις 14 Φεβρουαρίου του 1876 δύο Αμερικανοί, η Elisha Gray και ο Alexander Graham Bell, κατοχύρωσαν στις αρμόδιες υπηρεσίες ξεχωριστές ευρεσιτεχνίες. Ο καθένας είχε αναπτύξει ένα σχεδιασμό για ένα τηλέφωνο. Μετά από μία μακροχρόνια δικαστική σύγκρουση τα δικαιώματα της ευρεσιτεχνίας δόθηκαν στον Bell. Οι άνθρωποι είχαν ήδη αναγνωρίσει τα πλεονεκτήματα του τηλεγράφου. Έτσι, αυτή η νέα μέθοδος τηλεπικοινωνίας, το τηλέφωνο, ήταν καλοδεχούμενο (σχ. 17.1).

Τα πρώτα χρόνια, όλα τα τηλέφωνα έπρεπε να συνδεθούν κατ' ευθείαν το ένα με το άλλο με σιδερένια σύρματα. Όμως, περί το 1900, τα τηλεφωνικά σήματα δρομολογούνταν πρώτα σε ενδιάμεσα σημεία. Αυτό έκανε την καλωδίωση απλούστερη. Τα σημερινά τηλέφωνα είναι πάρα πολύ διαφορετικά! Χαρακτηριστικά, όπως η αυτόματη επανάληψη κλήσεως, η εγγραφή μηνυμάτων και η αποθήκευση στη μνήμη αριθμών που καλούμε συχνότατα χρησιμοποιούνται ευρέως σήμερα από τους περισσότερους ανθρώπους.

Τηλεφωνική μετάδοση.

Ένας τηλεφωνικός πομπός αποτελείται από το μικρόφωνο και από το "σώμα" του τηλεφώνου, όπου έχει τοποθετηθεί ο δίσκος επιλογής αριθμών. Στο μέρος που τοποθετείται απέναντι από το στόμα υπάρχει ένα μικρόφωνο που συλλαμβάνει τον ήχο της φωνής σου.

Όπως έμαθες στο τελευταίο κεφάλαιο, τα ηχητικά κύματα πρέπει να μετατραπούν σε ηλεκτρικά σήματα πριν σταλούν σε μεγάλες αποστάσεις. Αυτό το πράγμα κάνει το μικρόφωνο. Όμως το μικρόφωνο που συλλαμβάνει τη φωνή σου σε ένα τηλέφωνο είναι πολύ διαφορετικό από το μικρόφωνο που χρησιμοποιεί ένας τραγουδιστής στη σκηνή.

Η περισσότερο σημαντική διαφορά στα μικρόφωνα είναι η φασματική τους απόκριση. Η φασματική απόκριση (frequency response), αναφέρεται στις συχνότητες ήχου που ένα μικρόφωνο μπορεί να αναπαραστήσει καλά. Το μικρόφωνο σε ένα τηλέφωνο μπορεί να αναπαράγει μόνο ένα μικρό φάσμα συχνοτήτων. Ονομάζεται μικρόφωνο άνθρακα (σχ. 17.2).

Το μικρόφωνο άνθρακα είναι κατασκευασμένο από ένα μικρό κύπελλο γεμάτο με κόκκους

άνθρακα. Μία μικρή ποσότητα ηλεκτρικού ρεύματος ρέει σταθερά μέσω των κόκκων. Δίπλα στο κύπελλο που περιέχει τους κόκκους υπάρχει εύκαμπτο κομμάτι από μέταλλο που ονομάζεται διάφραγμα (diaphragm). Το διάφραγμα πάλλεται όταν προσπίπτουν σε αυτό τα ηχητικά κύματα. Το παλλόμενο διάφραγμα πιέζει του κόκκους άνθρακα. Αυτό συνεπάγεται μεγαλύτερη ροή ηλεκτρικού ρεύματος. Όταν σταματά η πίεση, ρέει λιγότερο ρεύμα. Το μεταβαλλόμενο σήμα αντιπροσωπεύει τον ήχο που μεταδίδεται.

Όπως γνωρίζεις, όλα τα τηλέφωνα έχουν τον δικό τους αριθμό. Όταν καλείς έναν αριθμό τηλεφώνου σε ένα τηλέφωνο με περιστρεφόμενο δίσκο, ένας ηλεκτρικός διακόπτης μέσα στο τηλέφωνο συνδέει και κατόπιν διακόπτει ένα κύκλωμα. Συνδέει και διακόπτει μία φορά για τον αριθμό 1, δύο φορές για τον αριθμό 2 κοκ. Τα τηλέφωνα με πλήκτρα στέλνουν σήματα διαφορετικών συχνοτήτων, για να αντιπροσωπεύουν τον κάθε αριθμό που επιλέγεται. Κάθε συσκευή που μπορεί να στείλει τις συχνότητες αυτές, μπορεί να καλέσει έναν αριθμό. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο πολλά συστήματα υπολογιστών "τηλεφωνούν".

Δίαυλοι (κανάλια) μεταδόσεως.

Οι περισσότερες τηλεφωνικές κλήσεις εξαρτώνται από διαύλους φυσικής μεταδόσεως. Αυτοί αποτελούνται από σύρματα, ίνες και καλώδια.

Το σήμα ταξιδεύει μέσω του σύρματος που ξεκινά από το τηλέφωνο σου και καταλήγει σε ένα καλώδιο που έρχεται στο κτήριο σου. Το καλώδιο καταλήγει στο τηλεφωνικό κέντρο που τροφοδοτεί με ενέργεια το τοπικό σου σύστημα (σχ. 17.3). Το κέντρο δρομολογεί την κλήση σου σε ένα άλλο τηλεφωνικό κέντρο. Το δεύτερο κέντρο προσδιορίζεται από τους πρώτους τρεις αριθμούς του τηλεφωνικού αριθμού που καλείς (έξι πρώτους αριθμούς αν η κλήση είναι υπεραστική). Οι τελευταίοι τέσσερις αριθμοί προσδιορίζουν το συγκεκριμένο τηλέφωνο που είναι συνδεδεμένο με το κέντρο αυτό. Όλες αυτές οι συνδέσεις γίνονται αυτομάτως.

Όταν το ακουστικό σου είναι στη θέση του το κύκλωμα μεταξύ αυτού και του τηλεφωνικού κέντρου είναι ανοικτό. Όταν σε καλεί κάποιος, το κέντρο στέλνει ρεύμα χαμηλής τάσεως κατά μήκος του κυκλώματος, με αποτέλεσμα το τηλέφωνο σου να ηχεί. Όταν σηκώνεις το ακουστικό το κύκλωμα κλείνει• έτσι το κέντρο "πληροφορείται" ότι το τηλέφωνο σου έχει απαντήσει. Το κέντρο κατόπιν μετάγει την κλήση στο τηλέφωνο σου.

Δίαυλοι χάλκινων καλωδίων..

Το καλώδιο διπλαγωγών συνηθίζεται να χρησιμοποιείται για τοπικές τηλεφωνικές μεταδόσεις. Αυτό αποτελείται από δύο λεπτά, μονωμένα χάλκινα σύρματα, που έχουν συνεστραφεί το ένα γύρω στο άλλο (συνεστραμμένο ζεύγος). Οι διπλαγωγοί μπορούν να ομαδοποιηθούν, για να σχηματίσουν μεγάλα καλώδια που εκτείνονται σε όλη τη χώρα. Κεντρικά τηλεφωνικά κέντρα μπορούν να συνδέονται το ένα με το άλλο με καλώδια από χάλκινο σύρμα. Από τις κεντρικές αυτές θέσεις φεύγουν καλώδια προς τα τηλέφωνα των κατοικιών.

Δίαυλοι οπτικών ινών.

Η οπτική ίνα, μία λεπτή εύκαμπτη ίνα από γυαλί, χρησιμοποιείται σήμερα για μεταδόσεις μεγάλων αποστάσεων (βλ. κεφάλαιο 10). Το σήμα ταξιδεύει ως παλμοί φωτός. Τα καλώδια οπτικών ινών μπορούν να μεταφέρουν πολύ περισσότερα μηνύματα από τα καλώδια συρμάτων χαλκού (σχ. 17.4). Υπάρχει επίσης λιγότερη παραμόρφωση του σήματος. Γι' αυτό τα καλώδια οπτικών ινών αντικαθιστούν τα σύρματα χαλκού.

Η πηγή φωτός που χρησιμοποιείται στις οπτικές ίνες είναι μία δέσμη Laser (τα Laser έχουν συζητηθεί επίσης λεπτομερώς στο κεφάλαιο 10). Η ακτίνα Laser δημιουργείται από ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα ή από ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα Laser (σχ. 17.5). Όταν διεγείρονται από ηλεκτρικό ρεύμα τα ολοκληρωμένα κυκλώματα αυτά εκπέμπουν φως Laser που διαμορφώνεται έτσι ώστε να μεταφέρει πληροφορίες. Το διαμορφωμένο σήμα εστιάζεται κατόπιν μέσα στην ίνα που το μεταδίδει. Στο άκρο όπου βρίσκεται ο δέκτης το σήμα αποδιαμορφώνεται και μετατρέπεται εκ νέου σε ήχο (φωνή).

Η πολύπλεξη (multiplexing) επιτρέπει δύο ή περισσότερα σήματα να σταλούν μέσω ενός διαύλου μεταδόσεως την ίδια χρονική στιγμή.

Υπάρχουν δύο διαφορετικοί τρόποι για να γίνει αυτό. Σύμφωνα με την πρώτη μέθοδο, πολύπλεξη με διαίρεση συχνότητας (FDM), διαιρείται ο δίαυλος σε δύο ή περισσότερες ζώνες συχνότητας. Το κάθε μήνυμα στέλνεται χρησιμοποιώντας ένα φέρον σήμα με διαφορετική συχνότητα. Αυτό μοιάζει πολύ με τις ραδιοφωνικές εκπομπές αλλά η πολύπλεξη γίνεται μέσα σε ένα καλώδιο ή ένα σύρμα.

Μία δεύτερη μέθοδος που συνηθίζεται είναι η πολύπλεξη με διαίρεση χρόνου (TDM). Η μέθοδος αυτή εφαρμόζεται συνήθως στην ψηφιακή μετάδοση. Δεδομένα σε δυαδικά ψηφία (bites) στέλνονται σε καθορισμένα χρονικά διαστήματα. Για παράδειγμα, αν τρεις υπολογιστές έστελναν στοιχεία ταυτοχρόνως, ο πρώτος μπορούσε να στέλνει κατά τη διάρκεια της πρώτης χρονοθυρίδας, ο δεύτερος κατά τη διάρκεια της επόμενης χρονοθυρίδας και κατόπιν ο τρίτος κατή τη διάρκεια της τρίτης χρονοθυρίδας. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται για όσο χρονικό διάστημα στέλνονται τα μηνύματα. Στην πράξη, τα δεδομένα στέλνονται τόσο γρήγορα, ώστε φαίνεται να μην υπάρχει καθυστέρηση στην επικοινωνία.

Δίαυλοι ατμοσφαιρικής μεταδόσεως.

Τα τηλέφωνα δεν περιορίζονται πλέον στη φυσική μετάδοση. Τα φορητά τηλέφωνα για παράδειγμα είναι στην πραγματικότητα ασύρματοι πομποδέκτες χαμηλής ισχύος. Στέλνουν και δέχονται μηνύματα ηλεκτρομαγνητικώς.

Για μία κλήση μπορούν να χρησιμοποιηθούν δύο είδη διαύλων. Μία τηλεφωνική κλήση που αρχίζει ενσύρματα, μπορεί να αλλάξει σε μικροκυματικό σήμα και να σταλεί σε ένα σταθμό λήψεως μέσω της ατμόσφαιρας. Τα μικροκύματα (microwaves) είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα που είναι πιο βραχέα από τα ραδιοφωνικά αλλά πιο μακρά από τα υπέρυθρα κύματα. Εστιάζονται καλύτερα από τα ραδιοκύματα.

ΤΟ ΡΑΔΙΟΦΩΝΟ

Ένα ραδιόφωνο μπορεί να στείλει και να δεχθεί σήματα χωρίς σύρμα συνδέσεως. Στην πραγματικότητα, το ραδιόφωνο συνηθιζόταν να ονομάζεται "ασύρματος". Η ανακάλυψη του ραδιοφώνου κατέστησε δυνατή τη ραγδαία ανάπτυξη της επικοινωνίας σε πολύ μεγάλες αποστάσεις.

Κανείς δεν αναγνωρίζεται επίσημα ως ο εφευρέτης του ραδιοφώνου, όπως γνωρίζομε.Ένας Ιταλός, ο Guglielmo Marconi, κατασκεύασε μία συσκευή το 1897, που έστελνε και δεχόταν σήματα από απόσταση τεσσάρων μιλίων. Βελτιώσεις της συσκευής του Marconi ακολούθησαν σε έντονο ρυθμό. Μία τέτοια βελτίωση ήταν η λυχνία. Οι λυχνίες ενίσχυαν σημαντικά ένα αδύνατο σήμα, ώστε να μπορεί να ταξιδεύει μακρύτερα και να φθάνει σε περισσότερους ανθρώπους. Σύντομα ο καθένας ήθελε ένα ραδιόφωνο (σχ. 17.7).

Η βιομηχανία ραδιοφώνων απογειώθηκε το 1920, όταν παρήγαγε το πρώτο ραδιοφωνικό πρόγραμμα ένας ραδιοφωνικός σταθμός στο Pittsburgh των Η.Π.Α. Αυτός εξέπεμψε τα αποτελέσματα των αμερικανικών προεδρικών εκλογών εκείνου του χρόνου. Κατόπιν, οι ασχολούμενοι με την ψυχαγωγία ενδιαφέρθηκαν να κάνουν ραδιοφωνικά προγράμματα. Σύντομα το ραδιόφωνο έγινε ένας τρόπος να περνά κάποιος ευχάριστα την ώρα του.

Ραδιοφωνική μετάδοση.

Ο εξοπλισμός που συζητήθηκε στο κεφάλαιο αυτό μεταδίδει ραδιοφωνικά σήματα. Καθώς διαβάζεις, κράτησε στο μυαλό σου ότι οι διάφορες συσκευές είναι συνδεδεμένες. Γενικά η διαδικασία είναι αυτή που περιγράφεται παρακάτω.

Μικρόφωνα μετατρέπουν ηχητική ενέργεια σε ένα ηλεκτρικό σήμα. Σε ένα δωμάτιο ελέγχου, οι μηχανικοί ήχου τροποποιούν ή συνδυάζουν το σήμα αυτό με άλλα σήματα χρησιμοποιώντας μία κονσόλα ήχου. Κατόπιν, το ολοκληρωμένο σήμα ενισχύεται και στέλνεται στον πομπό. Στον πομπό ηλεκτρομαγνητικά φέροντα κύματα παράγονται και διαμορφώνονται με το ηχητικό σήμα. Το σύνθετο σήμα ενισχύεται και στέλνεται στην κεραία, η οποία το απελευθερώνει στην ατμόσφαιρα.

Η ΤΗΛΕΟΡΑΣΗ

Δεν μπορούμε να πούμε ότι κάποιος συγκεκριμένος άνθρωπος ανακάλυψε την τηλεόραση. Όμως, το 1929, ο Vladimir Zworykin, ένας Αμερικανός φυσικός, πραγματοποίησε επίδειξη ενός πρακτικού συστήματος μεταδόσεως- λήψεως εικόνας. Δέκα χρόνια αργότερα, η Εθνική Εταιρεία Εκπομπών των Η.Π.Α. άρχισε να κάνει τις πρώτες τηλεοπτικές εκπομπές (σχ. 17.19). Οι έγχρωμες εκπομπές άρχισαν το 1953. Το 1965, ο δορυφόρος Early Bird αναμετάδιδε εκπομπές τηλεοράσεως μεταξύ των Η.Π.Α. και της Ευρώπης. Σήμερα υπάρχουν περισσότερες από 200 εκατομμύρια συσκευές τηλεοράσεως στις Η.Π.Α., και άλλες τόσες περίπου στην Ευρώπη.

Κατά κάποιο τρόπο, οι ραδιοφωνικές και τηλεοπτικές μεταδόσεις είναι όμοιες. Η συσκευή τηλεοράσεως που έχεις είναι όπως ένα ραδιόφωνο με οθόνη. Τηλεοπτικά σήματα μεταδίδονταισε ζώνες VHF (πολύ υψηλή συχνότητα) και UHF (πάρα πολύ υψηλή συχνότητα). Σε κάθε τηλεοπτικό δίαυλο στη χώρα μας προσδιορίζεται μία διαφορετική συχνότητα από το Υπουργείο Μεταφορών και Επικοινωνιών. Ο μηχανισμός επιλογής διαύλων στη συσκευή τηλεοράσεως (δέκτης) συντονίζει τη συσκευή στη σωστή συχνότητα, ακριβώς όπως γίνεται με τον επιλογέα στο ραδιόφωνο.

Τηλεοπτική μετάδοση.

Για την τηλεόραση σε σύγκριση με το ραδιόφωνο, πρέπει να δημιουργηθούν αμφότερα τα σήματα ήχου και εικόνας. Η έγχρωμη εικόνα είναι αποτέλεσμα μιας άλλης πολύπλοκης διαδικασίας.