라디오가 작동하는 원리를 간단히 알아보면 먼저 라디오 방송국에서 음성을 전파에 담고 이 전파(캐리어)를 쏴주면
라디오에서 전파에 담겨진 음성신호를 분리하여 음성만을 스피커로 출력한다.
먼저 알아야 할 것은 음성 역시 파장이고 전파 역시 파장이다.
음성에 대해 간단히 알아보면 음성은 파장이 고막으로 전달되서 인지되는데
진폭은 소리의 크기, 진동수는 소리의 높낮이(고음, 저음 등), 음색은 목소리의 차이를 만들어 낸다.
음성에 대해 간단한 설명은 링크를 참조하면 된다.
By Robsonbillponte666 (Cartoon Icons) via Wikimedia Commons
마이크를 통해 목소리를 전기신호로 바꾸는 과정
먼저 마이크를 통해 목소리가 전기신호로 바뀌는 과정을 간단히 살펴보면
가장 기본적인 마이크의 구조를 살펴보면 마이크 내부에는 진동판이 있고 진동판에는 자석이 붙어있다. 자석 주위는 코일이 감싸고 있는데 사람이 마이크에 대고 말을 하게 되면 진동판에 진동이 발생하게 된다. 그러면 자석이 진동하게 되고 진동하는 움직임이 코일 상하로 작용하여 코일에 유도 전류(교류)가 발생한다. 이 교류전류가 바로 음성신호(signal)이다.
(스피커는 이 과정을 역으로 이해하면 간단하다.) 모터의 원리와도 별반 차이가 없는데 모터의 원리를 이해하면 마이크를 좀더 이해가 가능하다. 모터의 원리는 다음 링크를 참조하면 된다.
By ChrisEngelsma (Own work) via Wikimedia Commons
AM(amplitude modulation, 진폭변조)
라디오파장에 음성파장을 더해주는 것을 변조라고 하는데 진폭을 변화시켜 음성신호를 실는 것을 진폭변조라고 한다. 그냥 두 파장을 더하는 것이 진폭변조라고 생각하면 쉽다.(사실은 곱해주지만 간단히 이해하기 위해 더한다고 하자 ㅠㅠ.) 음성파장 + 라디오파장 이렇게 2개를 더한다음 라디오파장을 제거하면 음성파장만 남게 되어 간단하게 음성 신호를 얻는 것이 가능하다. 진폭변조로 목소리의 파장을 라디오 파장에 실을 때 문제점은 진폭에 정보가 담겨 있는데 진폭은 외부의 자극(번개 등)에 의해 쉽게 변화하여 라디오파장의 진폭이 변하게 되어 혼선, 잡음 등이 발생한다.
아래의 사진을 보게되면 맨 위의 signal이 음성파장이면 이 파장에 규칙적인 싸인파의 라디오주파수를 더해주면 가운데와 같은 진폭변조가된 신호가 나오게 된다.
by Berserkerus, via wikimedia
FM(frequency modulation, 주파수변조)
주파수변조는 라디오파장의 주파수에 모든 음성정보를 담는 것을 의미한다. 주파수 변조가 진폭변조보다 좋은 부분은 주파수는 외부의 영향을 받지 않으므로 깨끗한 소리를 듣는 것이 가능하다. 음색의 경우 진동수와 진폭과 무관하게 담는 것이 가능하고 진폭(소리의 크기)는 예를 들어 FM라디오 주파수가 88.000.000hz(88Mhz)라면 이 주파수 위로 8000hz 아래로 8000hz 변화를 주어서 주파수변화를 진폭 변화에 대응시켜 소리의 크기 정보를 담을 수 있다. 소리의 진동수는 주파수가 높은 곳과 낮은 곳, 이 두 곳이 하나의 주기를 이룬다는 것을 알면 간단하게 진동수를 알 수 있다.
위의 사진의 signal(음성신호)에 규칙적인 사인파인 라디오주파수를 주파수변조로 결합하면 그림의 맨 밑의 그래프의 파장이 나오게 된다.
고주파수로 변조하는 이유
목소리의 진동수는 최고 3500hz정도이며 am라디오 주파수는 최소 500,000hz정도이다. fm주파수는 88,000,000hz 이상이다. 음성을 고주파수에 싣는 이유는 목소리 정도로 낮은 진동수의 전파를 보내기에는 안테나가 매우 커져야 한다. (고주파수 일 수록 안테나가 작아도 된다. 그래서 fm의 안테나가 더 작다.) am이 주파수가 높다고 해도 fm보다는 한참 낮기 때문에 더 멀리 퍼져 나간다. 진동수가 낮을 수록 회절(장애물 뒤로도 잘 퍼진다)이 잘 되므로 am이 fm보다 산간 지방에서 휠씬 유리하다.또한 지구는 둥글기 때문에 회절이 잘 일어나지 않는(직진하는) fm의 고주파수는 am보다 짧은 거리를 갈 수 밖에 없다. am은 0.5MHz로 중간정도의 진동수를 가진 주파수인데 낮에는 전리층의 d레이어에서 흡수되지만 밤에는 d레이어가 사라져고 중간정도의 주파수를 반사시키는 e레이어와 am 주파수가 만나 휠씬 멀리까지 전해지게된다. 그래서 밤에는 외국am방송을 들을 가능성이 높아진다.
또 고주파는 진동수가 높은데 그말은 바로 같은 시간 내에 더 많은 정보를 전달하는 것이 가능하다는 말이다.
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