Wie kann dein Smartphone Platz für ein ganzes Orchester oder eine ganze Popgruppe haben, so dass du Musik über Kopfhörer hören kannst , wann auch immer es dir passt?

In einem früheren Vortrag bemerkten wir, dass Musik nur Luftmoleküle ist, die in gewissen Mustern bewegen. Eine vibrierende Violinschnur, zum Beispiel, löst Druckwellen in der Luft aus. Diese Druckwellen werden von deinen Trommelfellen entgedeckt, die in den gleichen Mustern vibrieren, wie die von der Violinschnur. Die Trommelfellschwingungen werden von Nerven in elektrische Signale konvertiert, die zu deinem Gehirn zum Verständnis geschickt werden. Klick auf das Bild, um das Video zu sehen.

Vor der Erfindung des Phonographs (von den griechischen Worten, die 'Schallschreiben' bedeuten) 1877 durch Thomas Edison, war die einzige Methode, Musik zu hören, Aufführungen beizuwohnen.

Edisons Gerät nahm ein Diaphragma auf, an dem eine Nadel befestigt wurde. Die Druckwellen in der Luft wirkten auf das Diaphragma ein, ließen es vibrieren, und in weiterer Folge auch die Nadel. Die vibrierende Nadel schnitzte eine Rille auf Stanniolpapier, das um einen Zylinder gewickelt wurde. Das Rillenmuster entsprach deshalb dem Druckwellenmuster.

Wenn der Zylinder nachfolgend rotiert wurde, mit die Nadel der Rille folgen, vibrierte entsprechend das Diaphragma, das Druckwellen in der Luft aufbaute. Mit anderen Worten, konnte das Phonograph Schall sowohl aufzeichnen als auch abspielen.

Um die Qualität dieser Aufnahmen zu verbessern, wurden verschiedene Geräte erfunden. Viele von diesen Geräten benutzten Elektromagnetismus. Zum Beispiel, statt einer Nadel, kann eine Spule von Draht am Diaphragma befestigt werden. Wenn die Spule einen Magnet umgibt, rufen seine Schwingungen einen elektrischen Strom hervor, die Spannung schwankt entsprechend der Diaphragmabewegung. Dies ist das Prinzip des Mikrofons.

Selbverständlich ist der Prozess umkehrbar. Wenn ein elektrischer Strom mit schwankender Spannung von einem Mikrofon zu einer Spule-Diaphragmamontage geschickt wird, dann wird das Diaphragma entsprechend vibrieren. Diese Schwingung kann auf einem Masterdisk durch einen Stylus aufgezeichnet werden, um Vinylplatten zu machen.

Als Alternative kann der elektrische Strom durch eine Spule passiert werden, die einen Eisenring umgibt. Der Ring hat eine Lücke, an welcher der Strom ein entsprechend veränderliches magnetisches Feld erzeugt. Wiederum kann dieses ein geeignetes Mittel (z.B. ein gestrichenes Band) magnetisieren, das sich an ihm vorbei bewegt. Noch einmal ist der Prozess umkehrbar - das veränderliche magnetierte Muster kann entdeckt werden und in einen elektrischen Strom konvertiert werden. Dies ist das Prinzip des Bandrecorders.

Zum Abspielen kann der elektrische Strom von diesen Aufnahmegeräten zu einer Spule geschickt werden, die an einem Diaphragma befestigt ist. Dadurch vibriert  das Diaphragma , erzeugt Druckwellen, und daher auch Schall. Dies ist das Prinzip von den Kopfhörern.

Wenn stärkere Abspiellautstärke benötigt wird, müssen wir eine Methode finden, das Signal von den Aufnahmegeräden zu erhöhen. In einem Verstärker wird das schwache Signal vom Aufnahmegerät benutzt, die Spannung eines stärkeren Stroms zu kontrollieren. Dieser stärkere Strom kann zu einer größeren Spule-Diaphragmamontage geschickt werden. Dies ist das Prinzip vom Lautsprecher.

In Laufe der vergangenen Jahre sind neue Methoden entwickelt worden, die Signale von Mikrofonen aufzuzeichen. Hier gibt es ein Diagramm, welches das veränderliche Signal von einem Mikrofon zeigt, das den Anfang von Beethovens 'Eroica' Sinfonie aufgenommen hat. Die zwei Kanäle sind für Stereoproduktion (links und rechts Kanäle). Klick auf das Bild, um das Video zu sehen.

Ansehen ein von den zwei Kanälen, wenn wir das Diagramm ausdehnen, können wir sehen, dass das Muster in einer Serie von gesonderten Signalwerten konvertiert werden kann. Wir können diese Werte zahlenmäßig beschreiben.

Hier gibt es das Beispiel, das wir gewählt haben. Signalwerte über der Grundlinie sind positiv und unter dieser negativ (darstellen umgekehrten Stromfluss, wenn Luftschwingung das Diaphragma in der entgegengesetzten Richtung bewegt).

Die Memorychips in Computern und Smartphones bestehen aus Silizium. Sie lagern Daten in binärer („digitaler‟) Form. Das heisst, die Daten werden verarbeitet und gelagert, so dass die Lagerungsteile in den Chips von Elektrizität geladen oder entladen werden. Die Lagerungsteile heißen Capacitors. Sie sind unglaublich winzig - ein Chip, das die Grösse eines Fingernagels hat, kann Millionen von Capacitors enthalten.

Wie können wir unsere Beethoven Musikbeispiele in binärer Form lagern? Wir müssen die zahlenmäßigen Werte von den Signalen in binärer Form konvertieren, die nur Ziffern „1‟ und „2‟ benützen, um Zahlen zu darstellen. In diesem System wird die Zahl „2‟ von „10‟ dargestellt. Hier gibt es einige Beispiele.

Also die Zahlen in der Tabelle oben, einschließlich unserer Beethoven Beispiele, werden so im Memorychip gelagert werden.

Wie die andere Prozesse oben beschrieben, ist die Konversion von Luftdruckwellen in veränderlichen Ladungsmustern im Mermorychip eines Smartphones umkehrbar - wir können die binären Daten im Memory „lesen‟ und dieses Signal in veränderliche elektrische Spannung konvertieren, um diese zu Kopfhörern und Lautsprechern zu schicken. Das also ist die Methode, um Platz für ein Orchester (oder eine Popgruppe) in deinem Smartphone zu schaffen!

Dank Arno Mitterdorfer

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