Miten radiosi toimii?

Kaupalliset radiolähetykset alkoivat Yhdysvalloissa tasan viisikymmentä vuotta sitten, vuonna 1920. Myös Suomessa yleisradiotoiminta alkoi jo 1920-luvun alussa. Vuoteen 1925 mennessä amerikkalaisissa kodeissa oli kolme miljoonaa radiovastaanotinta. Vuonna 1940 niiden luku oli kasvanut yli 45 miljoonaan, ja nykyisin Yhdysvalloissa arvioidaan olevan 275 miljoonaa radiovastaanotinta. Se on enemmän kuin yksi radiovastaanotin henkeä kohti! Suomessa tehtyjen tilastojen mukaan maassamme oli vuonna 1967 myönnetty yli 1600000 radiolupaa. Radiovastaanottimien yleisyydestä huolimatta useimmat ihmiset kuitenkin ymmärtävät vähän radion toiminnasta. Oletko koskaan halunnut tietää miten se toimii?.

Istut kenties tätä lukiessasi nojatuolissa radion varatessa taustamusiikkia. Seuratkaamme vaiheita, jotka tekevät mahdolliseksi tämän musiikin tulla radioasemalta kotiisi.

Musiikin lähettäminen

Musiikin synnyttää orkesteri tai nykyään useimmissa tapauksissa radiostudiossa oleva äänite eli orkesterimusiikkitaustan sisältävä levytys tai nauha. Musiikin sävelet siirtyvät ilman välityksellä äänitteestä mikrofoniin. Ääni on todellisuudessa ilmassa tapahtuvia pieniä paineenvaihteluja. Korva tuntee nämä paineenvaihtelut ja tekee musiikin kuulemisen mahdolliseksi. Mikrofonikin tuntee paineenvaihtelut ja muuttaa nämä ääniaallot jännitemuotoon eli ääniaaltojen sähköiseksi vastineeksi.

Mikrofoni suorittaa täten ensimmäisen perustehtävän äänen saattamisessa sähköiseen muotoon. Mikrofoneja on olemassa monentyyppisiä, mutta tutkikaamme sähködynaamisen mikrofonin toimintaa. Oheinen kuva auttaa sinua kuvittelemaan mielessäsi sen eri osat.

Kalvo on yleensä rakennettu muovista tai muusta kevyestä aineesta, jonka ääniaallot saavat värähtelemään musiikin tahdissa. Tämä saa pienen johdinkelan liikkumaan edestakaisin, koska se on liitetty kiinteästi kalvoon. Kela liikkuu edestakaisin kestomagneetilla aikaansaadussa voimakkaassa magneettikentässä, ja tämä synnyttää kelassa ääniaaltojen sähköisen vastineen. Nämä ”sähköaallot” ovat tässä vaiheessa hyvin heikkoja, minkä vuoksi ne on vahvistettava. Tämä tehdään joko elektroniputkilla tai transistoreilla.

Studion tarkkaamosta sähköaallot johdetaan lähettimeen. Pienillä radioasemilla lähetin on voitu sijoittaa suoraan studion tarkkaamoon, kun taas suurehkojen radioasemien voimakkaat lähettimet sijaitsevat tavallisesti kaupungin ulkopuolella, etäällä korkeista rakennuksista ja muista esteistä, jotka saattaisivat vääristää niiden lähetykset.

Lähetin koostuu elektronilaitteista, jotka tuottavat radioaaltoja ja yhdistävät niihin mikrofonissa synnytetyt sähköaallot. Tätä yhdistämistä kutsutaan moduloinniksi ja se voidaan tehdä pääasiassa kahdella eri tavalla, jolloin tuloksena on joko amplitudimoduloituja (AM) tai taajuusmoduloituja (FM) aaltoja.

Amplitudimodulointi on aallon voimakkuuden muuttelemista, kun taas taajuusmodulointi on aallon taajuuden muuttelemista. Kummallakin aaltolajilla on omat etunsa. AM-aalto kantaa maanpinnalla pitkän matkan päähän, koska se pitkäaaltoisena helposti seuraa maanpinnan kaarevuutta. Toisaalta FM-aallot kantavat lyhyen matkan päähän, koska ne eivät seuraa maanpinnan kaarevuutta, mutta niillä on AM-aaltoihin verrattuna etunaan suhteellisen häiriötön kuuluvuus. FM-aaltoja käytetään mm. ULA- ja televisiolähetyksissä.

Sähkö- ja radioaaltojen yhdistyttyä lähettimessä moduloiduiksi aalloiksi nämä syötetään lähetinantenniin. Antenni ulottuu korkealle ulkoilmaan, toisinaan 150 metrin korkeuteen tai korkeammallekin. Tästä antennista aallot lähetetään avaruuteen. Voisimme verrata radioaaltojen leviämistä tyyneen veteen pudotetun kiven aiheuttamiin väreisiin. Nämä moduloidut aallot kuljettavat kaikki studiossa tuotetun musiikin vaihtelut ja vivahteet.

Kun esimerkiksi Yhdysvalloissa kirjaimellisesti tuhannet radioasemat lähettävät ohjelmaa, saatat ihmetellä, kuinka kaikki näiden asemien lähettämät radioaallot voivat olla häiritsemättä toisiaan. Vuonna 1927 perustettiin Yhdysvaltoihin erityinen radiovirasto estämään sellaisia häiriöitä, ja vuonna 1934 se korvattiin keskusvirastolla (Federal Communications Commission).

Tämä keskusvirasto antaa asemalle tietyn kanavan eli jaksoluvun, jota se saa käyttää radiolähetyksiin, ja on rikos liittovaltion lakeja vastaan, jos asema käyttää jotakin muuta kuin sille varattua jaksolukua. Samantapainen järjestely on voimassa muissakin maissa. Aseman jaksoluku tai sitä vastaava aallonpituus on tavallisesti ilmoitettu lukuna radiovastaanottimesi asteikolla, jolta löydät tuon aseman.

Musiikin vastaanottaminen

Lähetysasemilta tulevia radioaaltoja on kaikkialla ympärillämme, vaikkemme voi nähdä niitä. Kuinka sitten radiovastaanottimesi valitsee sen radioaseman lähettämät aallot, jonka musiikkiohjelmaa haluat kuunnella, ja muuttaa nämä aallot ääneksi? Katsotaanpa.

Radiosi on ensiksikin saatava vastaanottamaan aallot. Antenni on tämä vastaanottaja. Voimme verrata sitä ihmisen korviin. Useimmissa radiovastaanottimissa on nykyään sisäänrakennetut antennit, lukuun ottamatta autoradioita, joissa joudutaan yleensä käyttämään ulkopuolista antennia, koska auton metallikori estää radioaaltojen pääsyn autoon sisään. Ulkoantenni antaa heikossa radioaaltokentässä voimakkaamman signaalin radioosi ja siten paremman kuuluvuuden.

Radioasemalta ympäristöön lähetetyt, lähetysantennista säteilleet radioaallot aiheuttavat vastaanottimesi antenniin osuessaan heikon, radiolähetystä vastaavan sähköisen signaalin. Koska antennisi syöttää lukemattomien asemien lähetyksistä johtuvia signaaleja radiovastaanottimeesi, on se signaali, joka kuljettaa haluamaasi musiikkia, erotettava muista. Kuinka se tapahtuu?

Se tapahtuu radiossasi olevalla virittimeksi nimitetyllä laitteella. Radiovastaanottimessasi oleva virityksen osoitin voidaan säätää haluttua musiikkia lähettävän aseman kohdalle, jolloin viritin valitsee halutun aseman jaksoluvun. Virityksessä on siis kysymys tietyn taajuuden valitsemisesta ja kaikkien muiden taajuuksien hylkäämisestä. Mutta se ei ole aina ollut helppoa.

Vuosia sitten, kun radio ei ollut yhtä kehittynyt kuin nykyisin, se ettei haluttua jaksolukua voitu valita tarkasti, oli silmiinpistävä puute. Kun Yhdysvaltain laivasto halusi vastaanottaa ahdingossa olevan laivan SOS-merkkejä, kaupallisten radioasemien oli keskeytettävä lähetykset väliaikaisesti, jotta laivaston vastaanotinyksiköt voivat vastaanottaa nämä radioviestit häiriöttä. Nykyisin toisista radioasemista on vain harvoin häiriötä. Tämä on saatu aikaan soveltamalla radiovastaanottimiin superheterodyne-periaatetta, jolla on mahdollista riittävän valintatarkkuuden saavuttaminen.

Sen jälkeen kun virityspiiri on poiminut esille halutun aseman, vastaanotettu signaali muutetaan sekoittajaksi nimitetyn elektronisen piirin avulla matalammalle taajuudelle. Seuraavaksi tämä matalampitaajuinen signaali vahvistetaan elektronisella piirillä, jota kutsutaan välitaajuusvahvistimeksi.

Nyt on vastaanotettua signaalia myös vahvistettu riittävästi ja se johdetaan ilmaisinasteeseen. Tämä elektroninen piiri poistaa sähköaallosta lähettimessä tehdyn radioaallon, joka on toiminut kantoaaltona koko matkan tähän saakka. Nyt jää jäljelle vain sähköaalto, joka saatiin radiostudion mikrofonista orkesterimusiikin aiheuttamista ilmanpainevärähtelyistä.

Nämä aallot tulevat ilmaisimesta hyvin heikkoina, joten ne tarvitsevat jälleen vahvistamista. Sen aikaansaamiseksi sähköaallot johdetaan jännitevahvistimeen ja lopuksi voimakkaan ulostulotehon antavaan tehovahvistimeen, jota kutsutaan päätevahvistimeksi ja josta kaiutin saa käyttövoimansa.

Kaiutin on radiostudion mikrofonin vastaanottimien musiikillisten värähtelyjen ja kotonaan olevan kuulijan välinen viimeinen rengas. Se muuttaa nyt melko voimakkaat sähköaallot mekaanisiksi värähtelyiksi. Tämä tapahtuu tarkalleen päinvastoin kuin mikrofoni toimii.

Kaiuttimessa on kiinteällä kestomagneetilla aikaansaatu voimakas magneettikenttä, jossa on puhekelaksi nimitetty johdinkela. Tämä kela on yhdistetty voimakkaan ulostulotehon antavaan päätevahvistimeen, josta virta johdetaan kartioon kiinnitetyn puhekelan läpi. Tämä saa kevyen, tavallisesti paperista tehdyn kartion liikkumaan edestakaisin ja aiheuttamaan huoneesi ilmassa paineenvaihteluja, jotka ovat samanlaisia kuin ne, jotka musiikki sai aikaan studiossa.

Näin sinä kuulet taustamusiikin miellyttävät sävelet rentoutuessasi nojatuolissasi! Radiolähetykset ovat todella merkittävä saavutus.

[Kaavio s. 17]

(Ks. painettu julkaisu)

Kaavakuva sähködynaamisesta mikrofonista

KESTOMAGNEETTI

MELTORAUTARUNKO

KALVO & JOHDINKELA

[Kaavio s. 18]

(Ks. painettu julkaisu)

Radiovastaanottimen sisäosa ylhäältä katsottuna

ILMAISIN JA JÄNNITEVAHVISTIN

VÄLITAAJUUSVAHVISTIN

VIRITYSKONDENSAATTORI

PÄÄTEASTE

SEKOITTAJA

KAIUTIN

TASASUUNTAAJA

ANTENNI