Ток высокой частоты, изображенный на рис. 47, а, имеет постоянную амплитуду и частоту; он не несет никакой информации, а только порождает высокочастотные волны. Конечно, передавая такие волны с перерывами, т. е. короткими отрезками времени, соответствующими точкам, и несколько более продолжительными отрезками времени, соответствующими тире, можно передавать сигналы азбуки Морзе; это типичная телеграфия без проводов.
Рис. 47. Форма тока высокой частоты, не модулированного (а) и модулированного звуковым сигналом (б).
Я же хочу объяснить тебе принцип радиотелефонии, позволяющей передавать звуки. Не знаю, имеешь ли ты представление об элементарных понятиях акустики.
Что такое звук? Это последовательность волн, распространяющихся в воздухе со скоростью около 340 м/с. Они могут излучаться нашими голосовыми связками (это и происходит сейчас, когда я говорю), вибрирующими струнами музыкальных инструментов, а говоря в общей форме — всеми возбуждениями, приводящими поочередно к сжатию и разрежению воздуха. Частота колебаний звуков, которые мы слышим, находится в пределах от 16 до 20 000 Гц. Они охватывают всю гамму звуков — от самых низких, имеющих небольшие частоты, до самых высоких. Впрочем, по мере увеличения возраста человек хуже воспринимает самые высокие звуки; верхняя граница слышимых частот снижается до 15 000 или даже до 12000 Гц. Такое изменение объясняется тем, что у пожилых людей барабанные перепонки становятся менее эластичными, а именно эти перепонки приходят в колебание под воздействием звуков. Их колебания, действуя на слуховые нервы, создают в нашем мозгу ощущение звуков. Попутно можешь отметить некоторую аналогию между излучением и приемом радиоволн и излучением и восприятием звуков.
А теперь рассмотрим, как звуки могут передаваться с помощью электромагнитных волн. Для этой цели прежде всего необходимо преобразовать звуки в электрические сигналы, а затем наложить их на токи высокой частоты, порождающие радиоволны (рис. 47, б).
При приеме токи обычно бывают очень слабыми, следовательно, их нужно усилить. Затем из них нужно извлечь звуковые сигналы. После этого эти сигналы необходимо усилить и преобразовать в звуковые волны.
Как выполнить все эти операции? У меня нет времени описывать их все, но я тем не менее покажу тебе их общий характер.
Для начала рассмотрим, как можно преобразовать звуки в электрические сигналы. Ты догадываешься, что для этой цели пользуются микрофонами. Все преобразователи независимо от принципа работы имеют эластичную мембрану, вибрирующую под воздействием звуковых волн. Как ты видишь, микрофон в принципе можно уподобить электрическому уху. Для преобразования вибраций мембраны в переменный электрический ток или напряжение нужно заставить мембрану своими движениями воздействовать на активное сопротивление, индуктивность или емкость. Микрофон, используемый в домашних телефонах, относится к первому случаю. Пространство между металлической мембраной и металлической коробочкой заполнено угольным порошком. Под воздействием переменного давления мембраны сопротивление этого порошка изменяется: при каждом сжатии оно уменьшается, а затем, когда мембрана перестает сжиматься, вновь увеличивается (рис. 48). Теперь достаточно приложить напряжение между мембраной и коробочкой и мы получим ток, сила которого изменяется в такт звуковым волнам и пропорционально их амплитуде.
Рис. 48. Активное сопротивление угольного порошка в микрофоне изменяется под воздействием звуковых волн.
Можно также сделать микрофон, прикрепив к мембране маленькую катушку, помещенную в магнитное поле постоянного кольцевого магнита. Имеющий такую конструкцию динамический микрофон отличается высокой верностью воспроизведения (рис. 49). Легко понять, что перемещение катушки в результате пересечения силовых линий магнитного поля создает в катушке токи, точно соответствующие звуковым колебаниям.
Рис. 49. Динамический микрофон, в котором катушка колеблется в поле постоянного магнита.
И, наконец, воздействием звуковых волн можно изменять емкость электростатического микрофона. Такой микрофон состоит из очень тонкой мембраны, помещенной совсем близко к плоскому и параллельному ей электроду (проводнику). Под воздействием звуковых волн мембрана изменяет емкость конденсаторов, который она образует вместе с плоским электродом; емкость составляет несколько десятков пикофарад. К обкладкам этого конденсатора прилагается напряжение. Ты легко понимаешь, что таким образом изменения емкости определяют зарядные и разрядные токи конденсатора, характер изменения которых точно соответствует звуковым колебаниям.