Big Bang 7, Schulbuch

34 RG 7.1 G 7.1 Kompetenzbereich Elektromagnetische Wellen 31.2 Information im Huckepack Formen der Modulation Beim Morsen muss man EM-Wellen nur ein- und wieder ausschalten. Aber wie kann man Musik, Bilder oder ganz allgemein Daten mit Hilfe von EM-Wellen übertragen? Darum geht es in diesem Abschnitt. 31.2.1 Analoge Modulationen Die große Frage lautet: Wie kann man mit einer EM-Welle Information transportieren ( F4 )? Dazu muss das Signal in der Lage sein, Unterschiede ausdücken zu können. Man muss die Welle also irgendwie verändern. Das nennt man ganz allgemein Modulation. Wir sehen uns zunächst zwei klassische, analoge Methoden an, die auch noch heute im Einsatz sind: Amplitudenmodulation (AM) und Frequenz- modulation (FM). Wir nehmen vereinfacht an, dass nur ein einzelner Ton übertragen wird. Bei der Amplitudenmodulation (Abb. 31.4 obere Zeile) wird die Trägerwelle (b) so verändert (c), dass ihre Amplitude im Rhythmus des zu übertragenden Tons (a) schwingt. Die Frequenz bleibt unverändert. Radios kann man meistens zwischen AM und FM umschalten. Was passiert dabei? Warum werden Musiksender immer über FM übertragen? Was versteht man unter UKW und RDS? Wie kann man mit einer EM-Welle Information übertragen? Welcher Zusammenhang besteht zwischen Schwin- gungen und Wellen? Was versteht man unter einer Schwebung? Was ist der Unterschied zwischen Ton, Klang und Geräusch? Was passiert, wenn man bei einem Radio den Sender einstellt? Was versteht man bei der Stimme unter den Formanten? Welche Frequenzen können wir hören? Lies nach in „Big Bang 6“ und in Kap. 28.3, S. 18! Stell dir vor, dein Radio empfängt einen Sender mit genau 100MHz. Nimm an, es könnte alle anderen Frequenzen ausschließen, auch die, die sehr dicht an 100MHz liegen. Würde sich das gut oder schlecht auf den Empfang des Senders auswirken? Und warum? F4 E1 F5 W1 F6 E1 Abb. 31.4: Schematische Darstellung von Sendung, Übertragung und Empfang bei AM und FM. Die Störungen, die bei der Übertragung auftreten, be- treffen nur die Amplitude (d). Im Empfangsgerät wird die modulierte Welle quasi halbiert (e), bevor ihr die Information entnommen wird. Bei AM wirkt sich die Störung auf den empfangenen Ton aus (siehe auch Info: Schwingung – Welle, S. 36). Bei der Frequenzmodulation (untere Zeile in Abb. 31.4) wird die Trägerwelle so verändert, dass ihre Frequenz im Rhyth- mus des zu übertragenden Tons schwingt. Die Amplitude bleibt unverändert. Bei AM liegt die Information in der Amplitude der modulierten Trägerwelle und bei FM in der Frequenz. Beide Methoden haben ihre Vor- und Nachteile. Bei der Übertragung von der Funkstation zum Empfänger, etwa dem Radio bei dir zu Hause, wird die modulierte Trä- gerwelle immer durch verschiedene Effekte gestört (Abb. 31.4 d). Diese Störungen betreffen aber nur die Amplitude und nicht die Frequenz. Weil bei AM die Information in der Amplitude liegt, kann im Radio der ursprüngliche Ton nicht mehr exakt rekonstruiert werden (e und f). Kurz gesagt: Stimme und Musik klingen verzerrt und krächzend. Eine FM-Welle lässt die Störung der Amplitude jedoch kalt. Daher werden alle Musiksender, bei denen die Qualität der Bandbreite 1 Die Antwort auf F6 ist etwas überraschend, aber wenn ein Radio auf nur eine Frequenz beschränkt ist, kann es gar nichts empfangen. Bei einem Sender ist zwar die Trägerfre- quenz angegeben, etwa bei Ö3 im Raum Wien 99,9MHz. Aber jeder Sender braucht in beide Richtungen etwas Platz (Abb. 31.6). Das nennt man die Bandbreite (siehe Tab. 31.1). Wie kommt es dazu? Bei FM ist das einfach zu verstehen. Die Information liegt ja in der Frequenzänderung (Abb. 31.4 c unten). Keine Frequenzänderung bedeutet, dass keine In- formation übertragen wird, und das Radio bleibt stumm. Aber warum gibt es bei AM eine Bandbreite? Dabei ändert sich die Trägerfrequenz ja nicht? Denke an eine Schwebung (Abb. 31.5; F5 ). Dabei überlagern sich zwei Schwingungen mit ähnlicher Frequenz. Eine Amplitudenmodulation sieht ähnlich aus. Damit sich die Amplitude einer Schwingung ändern kann, muss sie zumindest aus zwei überlagerten Frequenzen bestehen. Im Realfall überlagern sich aber viele Frequenzen, und diese ergeben zusammen die Bandbreite. i Abb. 31.5 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv