Big Bang 7, Schulbuch

36 RG 7.1 G 7.1 Kompetenzbereich Elektromagnetische Wellen Schwingung – Welle Bei den Erklärungen der Modulation kommen Schwingun- gen und Wellen vor. Diese sind miteinander eng verwandt. In Abb. 31.4 und 31.5 (S. 34) wurde aus Gründen der Ein- fachheit nicht näher darauf eingegangen – wir haben also etwas geschummelt. Deshalb hier noch einmal genauer: Unter einer Schwingung versteht man, dass sich etwas periodisch um einen Ruhepunkt hin und her bewegt, zum Beispiel die Ladungen in der Antenne. Grafisch beschreibt man sie, indem man die Auslenkung über der Zeit angibt (Abb. 31.8 a). Unter einer Welle versteht man, dass sich Schwingungen durch den Raum ausbreiten, in diesem Fall die des elektri- schen Feldes. Schwingungen werden grafisch beschrieben, indem man die Auslenkung über dem Ort darstellt (Abb. 31.8 b). Diese Darstellung ist quasi eine Momentauf- nahme der Welle zu einem bestimmten Zeitpunkt. Nicht jede Schwingung muss Teil einer Welle sein, aber jede Welle setzt sich aus vielen Schwingungen zusammen. Wenn man den Grafen dreidimensional macht, wird der Zusammen- hang klarer (Abb. 31.9). Wie komplex das Zusammenspiel von Schwingungen und Wellen ist, siehst du am Beispiel der Übertragung einer Stimme durchs Radio: Die Schwingung der Stimmbänder erzeugt eine Schallwelle. Diese erzeugt eine Schwingung der Mikrofonmembran und somit eine elektrische Schwin- gung. Diese wird mit der Trägerschwingung überlagert und als modulierte Welle durch den Raum übertragen. Im Empfängerschwingkreis kommt es zu Ladungsschwin- gungen, die über einen Lautsprecher wieder in Schallwellen umgewandelt werden. Diese bringen wiederum dein Trom- melfell zum Schwingen. Ganz schön kompliziert! i Abb. 31.8 Abb. 31.9: Eine 1-dimensionale transversale Sinuswelle (grün) breitet sich nach rechts aus. Jeder Punkt, der von ihr erfasst wird, schwingt sinusförmig in der Zeit (orange Linie). 31.2.2 Digitale Modulationen Analoge Übertragungsverfahren, wie sie momentan noch beim Radio angewendet werden (Stand 2018), sind schon sehr selten geworden. Fernsehsignale wurden in Österreich schon längst auf digital umgestellt. Auch Handy oder WLAN funktionieren digital. Die Modulation ist ähnlich den ana- logen Verfahren, allerdings werden ausschließlich Bits übertragen, also 0er und 1er. Man unterscheidet zwischen digitaler Amplituden-, Frequenz- und Phasenmodulation (Abb. 31.12). Die erste digitale Amplitudenmodulation war im Prinzip M ARCONIS Morseübertragung ( F7 ): Trägerwelle an, Tragerwelle aus. Bei der vierten Generation des Han- dy-Funknetzes (4G; siehe S. 37) werden alle drei Arten von digitalen Modulationsverfahren kombiniert, um die Datenübertragungsrate erhöhen zu können. Info: analog – digital Was ist der Vorteil der digitalen Übertragung ( F8 )? Es kommt zwar zur „Stufenbildung“ (Abb. 31.11), aber diese Stufen werden so klein gemacht, dass sie für uns nicht mehr hör- und sichtbar sind. Der Vorteil digitaler Daten liegt darin, dass sie beim Empfänger besser rekonstruierbar sind und dass die Qualität der Übertragung steigt. Das liegt daran, dass man zusätzliche Prüfbits zur Fehlerkontrolle mit- schickt, die man auch Paritätsbits nennt. Aus diesem Grund verzeihen CD und DVD relativ große Kratzer ( F9 ), ohne dass Daten verloren gehen. Bei der analog arbeitenden Schallplat- te (Abb. 31.10) ist das nicht der Fall. Was versteht man unter analog und digital? Wann fand im Prinzip die erste drahtlose digitale Informa- tionsübertragung mit Hilfe einer elektromagnetischen Welle statt? Warum ist die Qualität bei digitaler Übertragung besser? Warum werden heutzutage alle Fernsehkanäle digital übertragen und nicht so wie früher analog? Warum macht es meistens nichts, wenn eine CD oder eine DVD einige Kratzer oder Fingerabdrücke hat? Beim Lesen gehen doch dann Daten verloren! Warum soll man CDs und DVDs von innen nach außen putzen, und nicht im Kreis? L F7 E1 F8 S1 F9 S1 F10 S1 Abb. 31.10: Mikro- skopische Auf- nahme einer Schallplatte: Kratzer oder Staub ver- schlechtern die Wiedergabe. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv