7.
Signaaltransmitters
Onder signaaltransmitters verstaan we elk medium waarbij we geluidsignalen verzenden of opslaan om ze later te reproduceren . Transmitters worden in 2 categorieën opgedeeld : • Opslagmedia : magneetband, plaat, CD, floppy, harde schijf, enz... • Transmissiedragers : lucht, geleiding via kabel, HF zend - ontvanger, enz...
7.1.
Magnetisme
Van alle opslagmedia is de magnetische registratie de meest gebruikte. Magnetiet heeft de eigenschap om ijzerhoudende substanties aan te trekken. In 1820 ontdekte H.C. Oersted dat de naald van een kompas afwijkt van de Noord-Zuid aanduiding als men er in de buurt een elektrische stroom opwekt. In 1831 ontdekte Faraday dat een magnetisch veld ook spanning opwekt. Later, in 1898 kwam Valdemar Poulsen met de eerste “magnetische” recorder op de proppen. Door een microfoon met een spoelmagneet te verbinden en langs een pianosnaar te bewegen, kon hij registreren. Door met dezelfde spoelmagneet terug langs de pianosnaar te bewegen kreeg hij een reproductie, weliswaar sterk vervormt en ruisvol.
7.1
Magnetisme 2
Poulsens eerste praktische toepassing was de ‘telegraphoon’ waarbij de pianosnaar vervangen werd door een lange staaldraad gewikkeld op een draagcilinder. Parallel aan de cilinder was de magneetspoel aangebracht. Bij rotatie van de cilinder ( aangedreven door een elektromotor ) werd de draad gevolgd door de spoel, om zo een boodschap op te nemen en later terug te reproduceren. Deze telegraphoon kon maximaal 30 sec materiaal opnemen. Door de beperkte kwaliteit en opslagtijd werd de telegraphoon rond 1920 vervangen door staaldraad-recorders waarbij gebruik werd gemaakt van een ’voormagnetisatiestroom’. Later kwam de eerste magneetband op de markt, door kleine ijzerdeeltjes op een papierband te kleven en op spoelen te wikkelen. In 1935 werd het papier vervangen door een plastic drager. In 1955 werd de eerste recorder met roterende koppen op de markt gebracht. Hierdoor konden zeer hoge frequenties opgenomen worden zonder dat de band tegen extreem hoge snelheid moest afgelezen worden. Dit was de basis voor het opnemen van videosignalen en later digitale audio.
1
7.1.a
De principes van magnetisme
Elektronen draaien in een baan rond de nucleus ( protonen en neutronen ) en ook rond hun eigen as. Zo ontstaan 2 velden : het elektrostatisch veld : interactie tussen elektronen en protonen het magnetisch veld : elk elektron op zich. De combinatie van deze 2 velden noemt men het elektromagnetisch veld. Wanneer atomen zich tot moleculen groeperen, doen ze dat op een wijze dat het geheel zich zo stabiel mogelijk gedraagt. Tegengestelde krachten moeten opgehoffen worden en aantrekkende krachten moeten versterken.
7.1.a
De principes van magnetisme ( 2 )
Moleculen waarbij de elektronen in dezelfde richting draaien wekken magnetische ladingen op. Opstapelingen van dergelijke moleculen in een metaaldeeltje noemen we magnetische domeinen. Metalen zoals ijzer, nikkel en kobalt zijn uit dergelijke moleculen opgebouwd. Men noemt ze ferro-magnetische materialen.
2
7.1.a
De principes van magnetisme ( 3 )
Afhankelijk van het aantal magnetische domeinen spreken we van een permanente of tijdelijke magneet. Elk magnetische materiaal kan gedemagnetiseerd worden : • door sterke schokken verliezen de moleculen hun rechtlijnige opstelling • door opwarming beginnen alle moleculen te trillen en verliezen hun oplijning • door een sterk wisselend magnetisch veld aan te brengen bij het metaal zullen de magnetische moleculen zich op deze wisseling trachten te richten en daardoor hun initiële richting verliezen. Het proces van aantrekken en afstoten van de polen wordt buiten het metaal verder gezet. Het volledige veld is opgebouwd uit veldlijnen of fluxlijnen
7.1.b
Elektromagnetisme
In rust zullen elektrostatische en magnetische krachten de onderling tegengestelde krachten neutraliseren. Indien er door een draad een stroom vloeit zullen de elektronen door de draad migreren en worden de magnetische krachten versterkt. Deze draad zal zich gedragen als een magneet, waarbij de fluxlijnen zich circulair rond de draad bevinden.
Hoe meer stroom er door de draad vloeit, hoe sterker het magnetisch veld. De sterkte van het veld neemt evenredig af met de afstand. Stromen die in tegengestelde richting lopen creëren velden die mekaar afstoten, stromen in dezelfde richting creëren velden die mekaar aantrekken en versterken.
3
7.1.b
Elektromagnetisme ( 2 )
Indien we een draad tot een spoel wikkelen zullen alle circulaire fluxlijnen zich concentreren aan de binnenzijde van de spoel en een zeer sterk magnetisch veld vormen met de polen aan de uiteinden van de spoel.
Hoe meer wikkelingen, hoe sterker het magnetisch veld. In de binnenkant van de spoel brengt men een tijdelijke magneet om het magnetisch veld te versterken. Bewegen we een permanente magneet door een spoel zonder stroom, dan zullen we aan de uiteinden van de spoel een spanning kunnen meten.
7.1.c
Definities
• Magnetomotorische kracht : ( F ) : de sterkte van de magnetisatie in functie van het aantal windingen in de spoel en de stroom die door de spoel stroomt. Uitgedrukt in ampère-windingen. • Magnetisch veld : ( H ) : de magnemotorische kracht per lengte-eenheid. Uitgedrukt in Oersteds. Formule : 100 x ampère-windingen H= 4 ? x lengte van de draad in meters • Fluxdensiteit : ( B ) : de intensiteit van een magnetisch veld per opp.-eenheid. Uitgedrukt in Gaus-eenheden of Weber/m². 1Wb/m² = 10 4 Gauss • Permeabiliteit : ( µ ) : de mate waarin een materiaal fluxlijnen ontwikkeld ( of magnetiseerbaar is ) in functie van het materiaal zelf en het erop uitgeoefende veld H. Door de fluxdensiteit van lucht bij een magnetisch veld H als standaard te nemen, kan men de permeabiliteit als een ratio bepalen : µ=
Flux densiteit in materiaal ( Bm ) Flux densiteit in lucht ( B )
4
7.1.c
Definities ( 2 )
• Saturatie : de maximum fluxdensiteit die een gegeven materiaal kan accepteren. Dit is het punt waarbij de permeabiliteit niet meer stijgt. De grens noemt het saturatiepunt. • Remanentie : ( Br ) : de capaciteit van een materiaal om zijn magnetisme te bewaren nadat de magnetomotorische kracht werd weggenomen. Vb. hoe goed blijft een band gemagnetiseerd na het passeren van wis- en schrijfkop. Uitgedrukt in Wb/m². Voor magneetband wordt de term retentiviteit gebruikt. • Coërciviteit : ( Hc ) : de magnetische veldsterkte nodig om een voordien opgenomen ( remanent ) signaal volledig te wissen. Uitgedrukt in Oersted. • Reluctantie: ( R ) : de weerstand die een bepaald materiaal biedt tegen fluxdoorstroming. Zo zal een luchtspleet in een magneetkop de normale ringvorm onderbreken en een reluctantie vormen. Doordat de band bestaat uit o.a. magnetiseerbare deeltjes, zullen de fluxlijnen eerder de band magnetiseren dan de tegenover liggende pool van de magneetkop. De flux kiest de weg van de minste reluctantie of ‘weerstand ‘
7.1.d
De hysteresis-curve
Een hystersis-curve toont de verhouding tussen de fluxdensiteit B van het te magnetiseren materiaal en het erop gerichte magnetische veld met veldsterkte H. Als we op een materiaal ( bv. een stalen ring ) een spoel aanbrengen, waardoor we gelijkstroom laten lopen, dan zal het metaal gemagnetiseerd worden. Bij het verhogen van de stroom wordt meer flux overgebracht tot het saturatiepunt. Het punt tussen het begin van de magnetisatie en het saturatie wordt aangegeven door lijn 1-2.
5
7.1.d
De hysteresis-curve ( 2 )
Als we de stroom door de spoel stoppen, zal de flux op de band niet terugvallen tot 0, maar zal een flux BR blijven : B-remanentie
Als we de bandflux willen verminderen tot 0 ( wissen ) moeten we een omgekeerd evenredige veldsterkte aanbrengen ( -Hc ). Bij die waarde zal de remanentie terug 0 zijn.
7.1.d
De hysteresis-curve ( 3 )
Als we de negatieve veldsterkte nog laten toenemen zal de band in negatieve richting magnetiseren tot we terug een saturatiepunt bereikt hebben : -B sat Laten we de veldsterkte terug afnemen tot 0, zal er een negatieve remanentie op de band blijven, aangeduid als -Brs.
6
7.1.d
De hysteresis-curve ( 4 )
Willen we de band terug magnetiseren, zullen we opnieuw positieve veldsterkte moeten aanbrengen : +Hc.
Verdere stijging van de veldsterkte zal de band magnetiseren tot + Bsat.
7.1.d
De hysteresis-curve ( 5 )
Het voorbeeld gaf ons een hysteresis-curve van sterk magnetiseerbaar metaal ( of metaal met veel remanentie ). Ter vergelijking een metaal met weinig remanentie.
Dergelijke curves vinden we o.m. terug bij opname- en wiskoppen. Om een zeer hoge flux op de band te krijgen zonder zelf remanent te worden, worden magnetische koppen geproduceerd met een ‘luchtspleet’. Deze luchtspleet zorgt voor hoge reluctantie in de kop zelf, waardoor de gereproduceerde fluxlijnen beter op het magnetisch materiaal van de band overgebracht worden.
7
7.2.
De magnetische emulsie
Een magneetband bestaat uit een 4-tal componenten : • het magnetisch materiaal • een plastic drager ( meestal polyester ) • een ‘back coating’ die zorgt voor gelijkmatig wikkelen en elektrostatische ladingen opheft tussen de verschillende wikkelingen. • een bindmiddel waarin het magnetisch materiaal verweven is en de binding vormt met de plastic drager. Dit bindmiddel met de magnetische deeltjes vormt de ‘emulsie’
Bij fabricage zal men het magnetisch materiaal in zeer fijne poedervorm (ijzeroxide ) met het bindmiddel vermengen.
7.2.
De magnetische emulsie ( 2 )
In een nieuwe magneetband zullen alle domeinen ( = onderdeel van elk ijzerdeeltje : 10 moleculen ) zodanig geordend zijn dat de onderlinge krachten minmaal zijn ( = 0 positie ). Indien een groep deeltjes door een magn. veld beïnvloed wordt zullen een aantal deeltjes zich willen herorienteren naar het veld. De mate hangt af van de sterkte en de onderlinge beïnvloeding van de deeltjes. Als het magnetisch veld nog verder wordt opgevoerd bereiken we de saturatie, waarbij alle domeinen op dezelfde wijze georiënteerd zijn.
8
7.2.
De magnetische emulsie ( 3 )
Bij magnetisatie van een band zal er zowel longitudinaal als in de diepte een graduele richtingsverandering plaatsvinden, al naargelang de polariteit van het veld.
7.3.
Het magnetische opnameproces
De omzetting van elektrische signalen in magnetische signalen gebeurt in de ‘kop’ : een metalen ringkern met een luchtspleet. De luchtspleet zorgt ervoor dat de remanentie van de kop sterk vermindert. Bovendien veroorzaakt ze een soort weerstand tegen de fluxdoorgang in het metaal. Deze weerstand wordt ‘reluctantie’ genoemd. De grootte van de luchtspleet bepaalt de diepte van magnetisatie en de hoogste frequentie die zal kunnen weergegeven worden. De diepte bepaalt de efficiëntie en de levensduur.
9
7.3.
Het magnetische opnameproces ( 2 )
Stel : een band loopt langs de kop met een beïnvloeding door een constant magnetisch veld H dan krijgen we volgende fenomenen : •
alle deeltjes ondergaan een magnetisch veld dat stijgt en daalt naarmate ze de kop naderen of verwijderen. • deeltjes die bovenaan de emulsie liggen ondergaan het sterkste veld. • de richting van het magnetische veld verandert naargelang de deeltjes voorbij de kop schuiven. • het contact tussen emulsie en kop moet perfect zijn, anders treedt magnetisatieverlies op
7.4.
De analoge bandopnemer
10
7.6.
De transmissiedragers
Onder transmissiedragers verstaan we die elementen die geluid overbrengen in ruimte en tijd : • lucht • vloeistoffen • draad • hoogfrequent dragers • optische dragers
7.6.a
Conductiviteit
7.6.a
Conductiviteit 2 Elementen met 1 tot 3 valentieelektronen noemen we conductoren of geleiders. De meeste metalen ( zoals koper, zilver en goud ) zijn goede geleiders. Elementen met 5 tot 7 valentie-elektronen noemen we isolatoren
Elementen met 4 valentie-elektronen noemen we halfgeleiders. Dit zijn noch geleiders, noch isolatoren. Voorbeeld : koolstof, silicium en germanium
11
7.6.a
Conductiviteit 3
7.6.a
Conductiviteit 4 De kracht die nodig is om elektronen in beweging te zetten noemen we de elektromotorische kracht. Ze ontstaat door een potentiaal verschil en wordt in Volt uitgedrukt. Elektronenstroom zal altijd in de richting van het hoogste potentiaal vloeien. De mate waarmee een metaal ‘stroom’ laat doorvloeien, noemen we de conductiviteit van dat metaal.
Mate van conductiviteit : zilver, koper, goud, aluminium, tungsten, zink … .
12
7.6.b
Weerstand
De weerstand van een materiaal is omgekeerd evenredig met de conductiviteit. Neem van koper en koolstof 2 identieke ( afmeting ) blokjes. Breng van elk de uiteinden in verbinding met een batterij en meet de stroom : de stroom van het koper blokje zal ruim 2000 x groter zijn. Koolstof biedt dus een grotere weerstand dan koper.
Ook de doormeter zal zijn rol spelen in de grote van de elektronenstroom. Dit is een rechtevenredige verhouding : ? x oppervlakte = ? x stroom.
7.6.c
Capacitantie
Capacitantie is de eigenschap om elektrische energie op te slaan en ze na een tijd terug af te geven. Een capaciteit ontstaat wanneer 2 naast elkaar lopende stroomvoerende geleiders door een isolerend materiaal worden gescheiden. Ook in kabels komen we een dergelijk fenomeen tegen. De combinatie van capacitantie en weerstand kunnen samen een hoog-af filter vormen. Hoe langer de kabel en hoe hoger de capaciteit, hoe lager de afsnijfrequentie.
Formule : f = 159,155 / RC f : afsnijfrequentie, R = impedantie, C = capacitantie.
13
7.6.c
Capacitantie 2
De capacitantie hangt af van de lengte van de kabel. Dit betekent dat de uitgangsimpedantie zo laag mogelijk moet zijn, willen we geen frequentieverlies lijden. Aangezien we een zo hoog mogelijke spanningsoverdracht willen, zal de ingangsspanning van een versterker minstens 5 tot 10 x hoger moeten zijn. Kabels moeten dus een hoge conductiviteit en een lage capaciteit hebben.
7.6.d
Inductantie
Bij gelijkstroom is enkel de weerstand het enige element dat de stroomdoorgang belemmert. Bij wisselstroom is er ook de inductantie. Elektronen draaien niet enkel rond hun kern, maar ook om hun as. Bij stroomdoorgang zullen alle elektronen in dezelfde richting migreren. De daardoor opgewekte magnetische velden zullen tot één groot magnetisch veld vormen. Bij 0 stroomdoorgang zullen alle vrije elektronen om hun as draaien, hun tegengestelde krachten zullen elkaar opheffen. Bij het aanleggen van spanning zullen alle elektronen gelijk migreren en er ontstaat een sterk elektromagnetisch veld rond de draad. Hieruit volgt dat alle elektronen doorheen het elektromagnetische veld migreren dat ze zelf opwekken. Dit veld oefent een kracht uit op de elektronen. Bij gelijkstroom is dit veld uniform over de ganse kabel, bij wisselstroom wordt dit veld analoog met de sinusgolf opgewekt. Bij positieve sinusvorming wordt een aangroeiend veld opgebouwd met positief lopende fluxlijnen die afnemen tot 0 om nadien een veld met negatief lopende fluxlijnen op te bouwen.
14
7.6.d
Inductantie ( 2 ) De opgebouwde fluxlijnen beïnvloeden de elektronenstroom door er EMF op uit te oefenen. De grootste invloedsfactor is de frequentie waarmee het veld wisselt. Hoe hoger de AC-f hoe meer EMF er door de fluxlijnen wordt ontwikkeld.
Hetzelfde geldt voor de hoeveelheid stroomdoorgang : hoe groter de stroomdoorgang, hoe groter de EMF op de kabel.
7.6.d
Inductantie ( 3 )
Versterkers met wisselstromen ( audiosignalen ) van hoge frequenties of zeer hoge stroomsterktes vertonen hoge zelfinductie. De polariteit van geïnduceerde EMF loopt echter niet gelijk met de polariteit van de stroomvloei, integendeel de EMF produceert een stroomverandering die tegenwerkt ( uit fase ). Gezien de tegenwerking spreken we over contra-EMF of CEMF. CEMF vinden we vooral in spoelen en opgerolde kabels ( een recht e kabel ondervindt enkel CEMF op één plaats, in een opgerolde kabel snijden de fluxlijnen op meerdere plaatsen)
15
7.6.e
Audiokabels
Binnen in de toestellen worden kabels met een enkele geleider en afscherming gebruikt. Alle externe verbindingen worden met symmetrische kabels gemaakt.
Deze methode noemt men de ‘ common mode rejection ’ of CMR. Alle gelijke signalen worden tot 0 herleid, enkel de verschil-signalen blijven over.
7.6.e
Audiokabels ( 2 )
16
7.6.e
Audiokabels ( 3 ) Omdat de lengtes van de draden in een kabel nooit echt gelijk zijn,wordt er gebruik gemaakt van star-quad kabel. De geleiders voeren 2 aan 2 hetzelfde signaal. Op die manier krijgen we een zo goed mogelijk fase verloop.
Niet-afgeschermde kabel wordt gebruikt voor signalen met hoog niveau. De verbinding tussen versterker en luidspreker is laag-ohmig en met een hoog vermogen. De grote stroomdoorgang maakt deze kabels zeer gevoelig voor inductie. Vandaar dat men luidsprekerkabel NOOIT opgerold mag gebruiken. Deze kabel moet van een veel grotere sectie zijn. Een sectie va n 0,75 cm² geeft bij een lengte van +/- 30m. een verlies van 3 dB !! ( helft vermogen )
7.6.f 7.6.f.1
Connectoren Jack of telefoonstekkers
17
7.6.f.1
Jack of telefoonstekkers ( 2 )
7.6.f.2
De XLR- connector
18
7.6.f.4
De RCA of ‘ Cinch ’ connector
7.6.f.6
De Speakon connector
19
7.6.g
Overdracht via transformator
Als 2 spoelen naast elkaar liggen en er vloeit wisselstroom door de eerste spoel, dan zal er via het opgewekte magnetische veld rond de eerste spoel een energie-overdracht zijn naar de tweede spoel.
7.6.g
Overdracht via transformator ( 2 )
In een transformator krijgen we volgde spanningen : • • • •
bronspanning : spanning die op de primaire windingen wordt gebracht de zelf geïnduceerde EMF in de primaire winding de geïnduceerde EMF in de secundaire winding de CEMF die terug geïnduceerd wordt door de secundaire in de primaire winding De hoeveelheid energietransfert hangt af van de onderlinge nabijheid en positie van de spoelen. De efficiëntie hangt ook af van zijn koppelingscoefficiënt : als alle fluxlijnen van spoel 1 door spoel 2 snijden is de koppelingscoëfficiënt 1. In alle andere gevallen is ze lager.
20
7.6.g
Overdracht via transformator ( 3 )
transformators worden ook dikwijls gebruikt om spanningen te converteren : Qua vermogen blijft de energietransfert gelijk, de spanningen zijn ofwel hoger, lager of gelijk afhankelijk van het aantal windingen van de primaire en secundaire spoelen.
Formule :
of Es =
Ep x Ns Np
• • • •
Ep Np
=
Es Ns
Ep = spanning op primaire winding Np = aantal primaire windingen Es = spanning opgewekt door secundaire winding Ns = aantal secundaire windingen
De verhouding Np / NS noemt men de wikkelratio.
7.6.g
Overdracht via transformator ( 4 )
De stroom is omgekeerd evenredig met het aantal wikkelingen van de secundaire spoel: Ip x Np Is = Ns Hoe meer wikkelingen, hoe hoger de spanning, en hoe lager de stroom. Ook de impedantie zal variëren met het aantal windingen : de impedantie is rechtevenredig met het kwadraat van de wikkelratio. De secundaire impedantie van een 1:2 transfo = 2² of 4 x de primaire impedantie In- en uitgangsimpedanties kunnen perfect aangepast worden met transformatoren. Bovendien hebben we het voordeel van een galvanische scheiding. Dit kan handig zijn voor het wegwerken van stoorsignalen. Hou er wel rekening mee dat transfo’s zeer goed moeten afgeschermd worden ( inductie ) .
21
7.6.h
De passieve D.I. box
Een D.I. is een transformator die onaangepaste in- en uitgangen verbindt. De D.I. wordt bovendien ook toegepast voor het symmetriseren. De meeste elektronische instrumenten hebben een zeer hoge uitgangsimpedantie en zijn ongebalanceerd. Deze factoren kunnen voor heel wat storingen zorgen. De D.I. zal het signaal enerzijds onveranderd doorverbinden naar de instrumentversterker en anderzijds symmetriseren en omvormen naar een laag impedantie signaal. Bovendien beschikt de D.I. over een massa onderbreking ( earth lift ). De wikkelratio zal meestal 20:1 zijn. De uitgangsimpedantie van 15k? van de gitaar wordt omgezet naar 37,5? ( 15k / 20² ). Ideaal voor het gebruik van lange microfoonkabels.
7.6.i
De actieve D.I. box
Actieve D.I.’s bestaan uit elektronische componenten die een constante hoge ingangs - en lage uitgangsimpedantie waarborgen. Ze kunnen elk instrument gebalanceerd versterken zonder dat de uitgang aangetast wordt. Bovendien zijn meerdere ‘pad’s ingebouwd om eventueel aan de uitgang van de instrumentversterker af te takken. Dit wordt gebruikt om de klank van de versterker op te nemen zonder luidspreker en microfoon. Actieve D.I.s hebben voedingsspanning nodig. Deze wordt meestal geleverd door de mengtafel of een batterij. De meeste D.I.’s hebben een jack input maak-contact dat de batterij inschakelt.
22
7.6.j
De passieve splitter
Bij het koppelen van 1 bron naar verschillende voorversterkers wordt de belastingsimpedantie veel te laag en bovendien kunnen aardlussen ontstaan. Verder riskeren we verschillende phantom voedingen aan elkaar te koppelen. Hiervoor wordt een splitter gebruikt. Een passieve splitter gebruikt transfo’s met 1 primaire en minstens 2 secundaire windingen. Door een ratio van 1:0,7 te gebruiken ontstaat een insertie verlies van 3 dB. De ingangsimpedantie van de splitter zal bij een mengtafel van 1 k? 2 k? bedragen. Aangezien beide mengers parallel staan zal de belastingsimpedantie van de microfoon 1 k? zijn. Anderzijds zal het 3db verlies de signaal-ruisverhouding niet echt beïnvloeden.
7.6.k
De actieve splitter
Door het insertie verlies en de vaste waarden van de impedanties wordt er bij uitgebreide installaties meer en meer gebruik gemaakt van de actieve splitter. De voordelen zijn : een aparte phantom voeding, input atenuatie en gain regeling, mogelijkheid tot accepteren van lijnsignalen, het uitsturen naar meerdere gebruikers zonder invloed op de impedanties. Sommige actieve splitters bieden de mogelijkheid om elk signaal vanop 1 centraal punt te monitoren ( zeer handig voor identificatie en ontdekken van eventuele problemen ).
23
7.6.k
De distributie versterker
Distributie versterkers zijn in feite actieve splitter op lijnniveau. Meestal apart in mono of stereo configuratie. Zo spreken we bv. over een 1-4 mono versterker naar 4 onafhankelijke uitgangen of een 2-6 stereo versterker met 6 stereo uitgangen. De meeste distributie versterkers gebruiken differentieel in- en uitgangen. Ze worden meestal met de term ADA aangeduid.
7.7
Hoogfrequent transmissie
Naast de signaaloverdracht bestaat ook overdracht via elektromagnetische golven : van LF tot licht frequentiebreedband transmissie. Bij RF-overdracht wordt het elektr.magn. spectrum opgedeeld in banden met elk een eigen bandbreedte. De hoeveelheid gekoppelde informatie zal de band bepalen : het doorzenden van kwalitatieve audio zal minstens 15 tot 18 kHz bandbreedte nodig hebben, waarbij voor spraak 3 kHz moet volstaan. Een band van 1MHz kan 1000 x meer informatie versturen dan een band van 1 kHz. Het RF spectrum wordt in 3 delen opgedeeld : • grondcommunicatie : signaal wordt parallel aan aardoppervlak verstuurd • luchtcommunicatie : signalen worden via ionosfeer gereflecteerd • line of sight communicatie : signaal in rechte lijn tussen 2 punten
24
7.7
Hoogfrequent transmissie ( 2 )
7.7.a
Propagatie door lucht en ruimte
Een versterkt signaal ( via luidsprekers ) sterft uit en kan geen grote afstanden overbruggen. Een signaal moet gebruik maken van hogere freq. om door lucht getransporteerd te worden. De laagst bruikbare frequentie is minstens 500.000 Hz. Een audiosignaal wordt daarom op een zogenaamde Drager ( carrier ) geënt. Het enten noemt men Modulatie. Er zijn 2 soorten modulatie : • Amplitude modulatie : een vaste hoogfrequentdrager varieert in amplitude naar gelang het originele audiosignaal • Frequentie modulatie : de drager is een hoge frequentie die varieert naar de hogere of lagere frequenties bij het volgen van het audiosignaal
25
7.7.a.1 Blokschema AM-zender
/ ontvanger
7.7.a.1 Blokschema AM-zender
/ ontvanger ( 2 )
Door een nieuwe RF draaggolf te mengen met ontvangen signaal krijgen we een Intermediate frequency : de verschil frequentie
26
7.7.a.2 De transmissielijn Het RF signaal van de RF versterker moet met een zo groot mogelijk vermogen aan de antenne overgedragen worden. Speciale koppelcircuits sturen het RF vermogen in een zg. transmissielijn. Alle transmissielijnen hebben een ‘karakteristieke impedantie’ om antenne en RF uitgang perfect te ‘matchen’. Deze impedantie wordt bepaald door de verhouding tussen de diameter van de geleiders en de afstand tussen deze geleiders bepaald door het isolerend materiaal ( diëlektische constante ).
Bij coaxiale kabels zijn de karakteristieke impedanties 75 Ohm voor video, en 50 Ohm voor radiotransmissie. Ook alle connectoren en afsluitweerstanden hebben hun specifieke impedanties, en mogen dus niet door mekaar gebruikt worden. Transmissielijnverliezen vergroten met hun lengte en het verhogen van de frequentie. Hou ze dus steeds zo kort mogelijk !!!
7.7.a.2 De transmissielijn (
2)
Als de lijnimpedantie van de transmissielijn niet klopt met de ingangsimpedantie van de antenne spreken we over mis-matching. Niet alle energie wordt door de antenne opgeslorpt en een deel wordt terug in de kabel gereflecteerd. Als aan de andere kant ook een mis-match is, wordt de gereflecteerde energie aan die zijde ook weer gereflecteerd en krijgen we staande golven. De verhouding tussen de door de zender geleverde energie en de gereflecteerde energie noemen we SWR ( standing wave ratio ). Ook de term VSWR ( voltage standing wave ratio ) wordt veel gebruikt. E voorwaarts + E gereflecteerd VSWR =
E voorwaarts - E gereflecteerd
Bij een perfecte matching zal E gereflecteerd 0 bedragen, zodat VSWR = 1 Transistorgestuurde zenders vereisen een een absolute match, zoniet gaan ze vrij vlug kapot. Deze zenders worden ook nooit op vol vermogen uitgestuurd zonder aangesloten antenne.
27
7.7.a.3 De antenne De antenne genereert een zeer snel variërend elektrisch en magnetisch veld rond de plaats waar beide polen ( + en - ) in de open ruimte eindigen. Dit elektromagnetisch veld propageert de signalen door lucht en ruimte.
7.7.a.3 De antenne ( 2 )
28
7.7.a.3 De antenne ( 3 ) Antennes zijn naar gelang hun structuur directioneel of omnidirectioneel.
7.7.b
Modulatie
Amplitude modulatie varieert de amplitude van de draaggolf, analoog aan het te versturen signaal. Het signaal zelf wordt gedragen door zg. zijbanden ( side-bands ). Deze worden gecreëerd door de som- en verschilsignalen van de carrier en de gewenste frequentiebandbreedte. Vb : draaggolf 600 MHz, signaal : 10 kHz zijbanden : 590 en 610 MHz
29
7.7.b
Modulatie ( 2 )
Bij Frequentie modulatie wordt de draaggolf qua amplitude constant gehouden, maar de Freq. van de draaggolf varieert rond een bepaalde center frequentie, analoog aan het signaal. Bij FM wordt de frequentie voortdurend verschoven aan een ritme overeenkomend met het ingangssignaal.
7.7.c
FM-modulatie
Gezien AM een veel groter bereik heeft is de AM-band volzet door internationale zenders, hierdoor werd de AM bandbreedte tot 10 kHz beperkt. FM heeft een relatief kort transmissiebereik en er kunnen grotere bandbreedtes gebruikt worden. Voordelen : HiFi-transmissie, geen interferentie door statische ontladingen en indien 2 zenders in de lucht zijn zal de ontvanger enkel reageren op het sterkste signaal. Nadeel : FM is beperkt tot de zg. line of sight limiet. FM radiogolven gaan in rechte lijn en worden gehinderd door heuvels, flats, torens, objecten e.d.
30
7.7.c
FM-modulatie ( 2 )
Bij FM onderscheiden we de deviatie en de snelheid waarmee de freq.shift gebeurt. De maximale deviatie is de max. uitwijking inzake freq. van de FM-draaggolf. Deze max. uitwijking bepaalt de amplitude van het signaal. De snelheid waarmee de freq. verandering plaatsgrijpt bepaalt de overgedragen frequentie ( vb. 20 - 15 kHz )
7.7.c.1
Pre-emphase
Om de signaal / ruis verhouding van het signaal te verbeteren wordt van een pre-emphase netwerk gebruik gemaakt. Op het signaal vóór de transmissie worden bepaalde frequenties versterkt. De de-emphase van de ontvanger zorgt voor de attenuatie van dezelfde frequenties om 1) het origineel signaal te herstellen en 2) de ruisgrens mee te verzwakken. In broadcast situatie dient men hiermee terdege rekening te houden : bij hedendaagse opnames zitten veel meer hogere frequenties. Een dergelijk signaal is makkelijk in staat om zelfs over de modulatiegrens te gaan, zodat vervorming hoorbaar wordt.
31
7.7.c.2
Stereo FM modulatie
Bij stereo FM wordt gebruik gemaakt van sub-carriers of dragers die zich in de zijbanden van de FM-golf bevinden. De 2 signalen worden gemultiplext : L+R en L-R. Daarnaast wordt een 3de signaal meegestuurd : het 19 kHz pilootsignaal dat dient om de ontvanger tussen mono en stereo om te schakelen. Het L+R signaal wordt direct op de centrale FM-drager gemoduleerd, het L-R signaal wordt op een sub-carrier gemoduleerd die op 38 kHz van de centrale FM-carrier ligt. Het L-R signaal wordt in AM gemoduleerd, de 19 kHz piloottoon licht daar middenin.
7.7.c.2
Stereo FM modulatie ( 2 )
Aan de ontvanger wordt het volledige signaal L+R en L-R in een stereomatrix tot L en R herleid. Dit kan door ze éénmaal op te tellen, zodat enkel links overblijft, en ze éénmaal af te trekken zodat enkel rechts overblijft. Een mono-ontvanger zal enkel op de centrale carrier afstemmen en aldus het L+R signaal ontvangen en omzetten.
32
