Mobilfunk einfach erklärt: Was sind Schallwellen?
Wie funktioniert Mobilfunk? Wie kommt das, was ich sage, zu meinem Gesprächspartner am anderen Ende der Welt? Diese und andere Fragen wollen wir in unserer „Molbilfunk einfach erklärt“ Serie beantworten – heute: Wie wird meine Stimme zum funkfähigen Datenpaket?
Dass Mobiltelefone elektromagnetische Wellen erzeugen, ist bekannt. Und was elektromagnetische Wellen sind, haben wir bereits erklärt. Diese Wellen übertragen mit einigen Umwegen das, was wir sagen, zum Mobiltelefon des Menschen, mit dem wir gerade telefonieren. Aber erst einmal muss das, was wir sagen, also unsere Stimme, in so eine Welle umgewandelt werden.
Stimme als Schallwelle
Wenn wir sprechen, erzeugen wir Schallwellen, genauso wie jedes andere Geräusch, das wir hören. Schallwellen sind wellenförmige Luftbewegungen. In unserem Ohr ist das Trommelfell dafür zuständig, diese Luftbewegungen aufzunehmen und mit unserem Gehirn in Töne umzuwandeln. Im Handy erfüllt ein Mikrofon diese Aufgabe, es wandelt diese Schallwellen in elektrische Impulse.
Wie funktioniert ein Mikrofon?
Und so funktioniert ein Mikrofon: Um einen kleinen Magneten herum liegt eine Metalldrahtspule aus ganz, ganz dünnem Draht. Bewegt man eine Metalldrahtspule nun entlang des Magneten hin und her, dann wird eine sich entsprechend der Bewegung verändernde elektrische Spannung erzeugt. Im Mikrofon ist diese Spule an einer Membran befestigt. Diese Membran wird durch die Schallwellen unserer Stimme in Bewegung versetzt. Bewegt sich die Membran hin und her, dann wird die Metalldrahtspule über dem Magneten entsprechend hin- und hergeschoben, und somit wird eine elektrische Spannung erzeugt.
Schallwelle legt den Ton fest
Diese Spannung wird, entsprechend den Bewegungen der Membran und der Schallwellen, als Welle von einem kleinen Computerchip aufgezeichnet. Wenn wir laut sprechen und die Schallwellen stärker sind, wird die Membran stärker bewegt und die aufgeschriebenen Wellen sind höher, haben also eine größere Amplitude. Und wenn der Ton höher ist, dann werden die Wellen häufiger, sie haben also eine höhere Frequenz.
Und noch was: Jeder Ton aus unserem Mund ist wie bei einem Instrument zusammengesetzt aus mehreren Frequenzen mit unterschiedlichen Amplituden. Legt man deren verschieden ausgeprägte Wellen übereinander, so entsteht keine „glatte“ Welle, sondern eher eine „gezackte“. So entsteht dann ein „A“ oder ein „O“.
Lautsprecher – umgedrehtes Mikrofon
So wird mit Hilfe eines Mikrofons das, was wir sagen, aufgezeichnet. Ein Lautsprecher auf der anderen Seite funktioniert genauso – nur umgekehrt. Die Signale werden als elektrische Spannung an eine Spule gelegt; das führt dazu, dass sie sich bewegt und so die Membran zum Schwingen bringt: wir hören einen Ton.
Von analog zu digital
Eine auf diese Weise vom Mikrofon aufgezeichnete oder an den Lautsprecher abgegebene Welle ist ein analoges Signal. Damit das Handy dieses funken oder empfangen kann, muss es erst in ein digitales umgewandelt werden; auch das macht besagter kleiner Computerchip. Wie das funktioniert, erläutern wir in diesen „Mobilfunk einfach erklärt“ Text.
In Zusammenarbeit mit Roman J.B. Dietz, Fraunhofer HHI, Berlin
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