วิทยุ AM/FM รู้สึกเหมือนมีมนต์ขลัง เปิดวิทยุและฟังเพลง รายการทอล์คโชว์ หรือความบันเทิงทางเสียงอื่นๆ ที่ออกอากาศจากแหล่งที่อยู่ห่างออกไปหลายร้อยไมล์หรือหลายพันไมล์ แต่วิทยุไม่ใช่เวทมนตร์ เป็นกระบวนการที่น่าสนใจตรงไปตรงมาตรงไปตรงมา มาดูวิธีการสร้างและถ่ายทอดคลื่นวิทยุกัน
คลื่นวิทยุคืออะไร
AM ย่อมาจาก Amplitude Modulation และ FM ย่อมาจาก Frequency Modulation ทั้งรายการวิทยุ AM และ FM ถูกส่งผ่านอากาศผ่านคลื่นวิทยุ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ประกอบด้วยรังสีแกมมา รังสีเอกซ์ รังสีอัลตราไวโอเลต แสงที่มองเห็นได้ อินฟราเรด และไมโครเวฟ
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีอยู่รอบตัว ทุกที่ ทุกความถี่ คลื่นวิทยุมีคุณสมบัติคล้ายกับคลื่นแสง (เช่น การสะท้อน โพลาไรซ์ การเลี้ยวเบน และการหักเหของแสง) แต่คลื่นวิทยุมีอยู่ในความถี่ที่ดวงตาของคุณไม่ไวต่อแสง
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นจากไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ซึ่งเป็นพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ขับเคลื่อนเทคโนโลยีส่วนใหญ่ในบ้านและในชีวิตของคุณ ตั้งแต่เครื่องซักผ้า โทรทัศน์ ไปจนถึงอุปกรณ์พกพา
ในสหรัฐอเมริกา กระแสสลับทำงานที่ 120 โวลต์ที่ 60 Hz ซึ่งหมายความว่ากระแสสลับ (เปลี่ยนทิศทาง) ในสาย 60 ครั้งต่อวินาที ประเทศอื่นใช้ 50 Hz เป็นมาตรฐาน
แม้ว่าทั้ง 50 และ 60 Hz จะถือว่าเป็นความถี่ที่ค่อนข้างต่ำ แต่กระแสสลับจะสร้างระดับพื้นฐานของการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (EMR) ซึ่งหมายความว่าพลังงานไฟฟ้าบางส่วนหลุดออกจากสายไฟและถูกส่งขึ้นไปในอากาศ
ยิ่งความถี่ของไฟฟ้าสูงเท่าไร พลังงานก็จะยิ่งสามารถหนีสายไฟออกสู่ที่โล่งได้ นี่คือเหตุผลที่บางครั้งการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าถูกอธิบายอย่างหลวม ๆ ว่าเป็น "กระแสไฟฟ้าในอากาศ"
แนวคิดของการมอดูเลต
ไฟฟ้าในอากาศเป็นเสียงสุ่ม หากต้องการเปลี่ยนเป็นสัญญาณที่มีประโยชน์ซึ่งส่งข้อมูล (เพลงหรือเสียง) ไฟฟ้าต้องได้รับการปรับก่อน ดังนั้น การมอดูเลตจึงเป็นพื้นฐานสำหรับสัญญาณวิทยุ AM และ FM
อีกคำหนึ่งสำหรับการมอดูเลตคือการเปลี่ยนแปลง รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าต้องปรับหรือเปลี่ยนให้เป็นประโยชน์ในการส่งสัญญาณวิทยุ หากไม่มีการปรับสัญญาณวิทยุก็ไม่สามารถส่งข้อมูลได้
เมื่อพูดถึงวิทยุกระจายเสียง รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (ไฟฟ้าในอากาศ) จะต้องถูกปรับข้อมูลด้วยข้อมูลที่จะส่ง
เพื่อให้เข้าใจแนวคิดของการมอดูเลตดีขึ้น ให้นึกถึงวิสัยทัศน์ กระดาษเปล่าจะไร้ประโยชน์จนกว่าจะมีการดัดแปลงหรือเปลี่ยนแปลงอย่างมีความหมาย คุณต้องเขียนหรือวาดบนกระดาษเพื่อสื่อสารข้อมูลที่เป็นประโยชน์
วิทยุกระจายเสียง AM
วิทยุ AM ใช้การมอดูเลตแอมพลิจูด ซึ่งเป็นรูปแบบการออกอากาศทางวิทยุที่ง่ายที่สุด เพื่อให้เข้าใจการมอดูเลตแอมพลิจูด ให้นึกถึงสัญญาณคงที่ (หรือคลื่น) ที่ออกอากาศที่ 1, 000 kHz บนย่านความถี่ AM แอมพลิจูด (หรือความสูง) ของสัญญาณคงที่ไม่เปลี่ยนแปลงหรือไม่มีการมอดูเลต ดังนั้นจึงไม่มีข้อมูลที่เป็นประโยชน์ใดๆ
สัญญาณที่คงที่นี้จะทำให้เกิดสัญญาณรบกวนเท่านั้นจนกว่าจะมีการปรับข้อมูล เช่น เสียงหรือเพลง การมอดูเลตนี้ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความแรงของแอมพลิจูดของสัญญาณคงที่ ซึ่งจะเพิ่มและลดลงในสัดส่วนโดยตรงกับข้อมูล แอมพลิจูดเท่านั้นที่เปลี่ยนแปลง ความถี่คงที่
วิทยุ AM ในอเมริกาทำงานในช่วงความถี่ตั้งแต่ 520 kHz ถึง 1, 710 kHz ประเทศและภูมิภาคอื่นๆ มีช่วงความถี่ที่แตกต่างกัน ความถี่จำเพาะเรียกว่าความถี่พาหะ ซึ่งเป็นยานพาหนะที่ส่งสัญญาณจริงจากเสาอากาศออกอากาศไปยังเครื่องรับสัญญาณ
วิทยุ AM ส่งสัญญาณในระยะทางที่ไกลกว่า มีสถานีมากขึ้นในช่วงความถี่ที่กำหนดและผู้รับสามารถรับได้ง่าย แต่สัญญาณ AM จะไวต่อสัญญาณรบกวนและการรบกวนจากไฟฟ้าสถิตมากกว่า เช่น ระหว่างพายุฝนฟ้าคะนอง ไฟฟ้าที่เกิดจากฟ้าผ่าทำให้เกิดเสียงแหลมที่เครื่องรับ AM รับได้
วิทยุ AM ยังมีช่วงเสียงที่จำกัดตั้งแต่ 200 Hz ถึง 5 kHz ทำให้วิทยุพูดคุยดีกว่าเพลง สำหรับเพลง สัญญาณ AM มีคุณภาพเสียงต่ำกว่า FM
วิทยุเอฟเอ็ม
วิทยุFM ใช้การปรับความถี่ เพื่อให้เข้าใจการปรับความถี่ ให้พิจารณาสัญญาณที่มีความถี่คงที่และแอมพลิจูด ความถี่ของสัญญาณไม่เปลี่ยนแปลงหรือไม่มีการมอดูเลต ดังนั้นจึงไม่มีข้อมูลที่เป็นประโยชน์อยู่ในนั้น
เมื่อคุณแนะนำข้อมูลกับสัญญาณนี้ จะมีการเปลี่ยนแปลงความถี่ตามสัดส่วนโดยตรงกับข้อมูล เมื่อความถี่ถูกมอดูเลตระหว่างต่ำและสูง ความถี่พาหะจะส่งสัญญาณเพลงหรือเสียงเฉพาะความถี่ที่เปลี่ยนแปลงตามผลลัพธ์ แอมพลิจูดยังคงที่ตลอดเวลา
วิทยุFM ทำงานในช่วง 87.5 MHz ถึง 108.0 MHz ซึ่งเป็นช่วงความถี่ที่สูงกว่าวิทยุ AM ช่วงระยะทางสำหรับการส่งสัญญาณ FM นั้นจำกัดมากกว่า AM โดยปกติแล้วจะน้อยกว่า 100 ไมล์
อย่างไรก็ตาม วิทยุ FM เหมาะสำหรับการฟังเพลงมากกว่า ช่วงแบนด์วิดท์ที่สูงขึ้นตั้งแต่ 30 Hz ถึง 15 kHz ให้คุณภาพเสียงที่เราชอบและชื่นชอบ เพื่อให้มีพื้นที่ครอบคลุมมากขึ้น การส่งสัญญาณ FM จำเป็นต้องมีสถานีเพิ่มเติมเพื่อส่งสัญญาณต่อไป
FM ออกอากาศแบบสเตอริโอ (สถานี AM บางสถานีสามารถออกอากาศสัญญาณสเตอริโอได้) แม้ว่าสัญญาณ FM จะไวต่อเสียงและการรบกวนน้อยกว่า แต่สิ่งกีดขวางทางกายภาพ เช่น อาคารและเนินเขา สามารถจำกัดสัญญาณเหล่านี้และส่งผลกระทบต่อการรับสัญญาณโดยรวม
นี่คือเหตุผลที่คุณสามารถเลือกสถานีวิทยุบางสถานีได้ง่ายกว่าที่อื่น หรือทำไมคุณถึงเสียสถานีเมื่อขับรถผ่านพื้นที่ต่างๆ
