글로벌 세계 대백과사전/기술·통신/통신-교통기술/통 신 기 술/신호전달 방식

신호의 전달

신호전달 방식

信號傳達方式

전기로 신호를 전달하는 방법에는 크게 나누어서 2가지가 있다. 그 하나는 전류(電流)를 흘려서 신호를 전달하는 방식이고, 또 하나는 전파(電波)를 매개로 사용하는 방법이다.

전류에 의한 신호전달 방식

電流－信號傳達方式

이 경우에는 송신측과 수신측과의 사이에 전선을 가설한다. 이의 가장 간단한 예는 초인종(招人鐘)이다. 〔그림〕－1의 a와 같이 버튼(button)과 벨(bell) 그리고 전지를 잇고, 버튼을 누르면 회로가 닫혀서 전류가 흘러 벨의 전자석이 작동하여 벨이 울려 사람을 불러 낼 수가 있다.

이 방법을 좀더 발전시켜서 쌍방이 미리 약속을 해 전류를 단속(斷續)시키면

상대방에게 통신을 보낼 수가 있다. 이것이 전신(電信)이다. 또 송화기를 사용해 전류를 음성 신호로 바꾸면 전화가 된다.

전파에 의한 신호전달 방식

電波－信號傳達方式이 방법에서는 전원의 전류를 주파수가 높은 교류전류로 바꾸어 안테나(antenna)로부터 전파를 방사하며, 전파는 공간을 통하여 상대방의 수신기에 도달한다. 이의 가장 간단한 예가

〔그림〕－1의 b에 보인 것과 같은 트랜스시버(transceiver)이다. 그림과 같이 소형의 송신기(送信機)와 수신기(受信機)를 한 조로 한 것으로 이것으로 1대 1의 통신을 한다.

전파에 의한 통신에는 무선전신, 무선전화를 비롯하여 라디오나 텔레비전과 같은 방송, 차재전화(車載電話)와 같은 이동무선 등 많은 종류가 있다.

신호가 전해지는 도선로

信號－導線路 도선로에 전류를 흘릴 경우 전류가 흐르는 속도는 매우 빨라서 순식간에 통신이 행하여진다. 그러나 실제의 도선로에는 〔그림〕－2와 같이 인덕턴스(inductance)나 커패시턴스(capacitance)가 분포해 있어, 이것이 전류의 흐름에 관성을 주어 시간적인 차가 생기게 한다. 또 이들 저항 외에 절연재(絶緣材)에 의한 전류의 손실을 나타내는 누설 컨덕턴스(leakage conductance)도 있다. 도선로에는 이와 같이 여러 가지의 전류의 흐름을 방해하는 성질이 있기 때문에 보내진 신호전류(信號電流)는 멀리 감에 따라 약해지고 그 파형(波形)도 달라진다.

따라서 원거리의 통신을 하기 위하여서는 이 감쇠를 보상하는 증폭기(增幅器)가 필요하게 되며, 변형된 전파의 파형을 정형할 필요도 있다.

전파의 경우, 안테나를 나온 전파는 〔그림〕－3과 같이 대지를 따라, 혹은 공간을 향하여 퍼져 나간다. 이것을 각각 지표파(地表波), 공간파(空間波)라고 한다. 그리고 주간에는 주로 지표파에 의하여 수신이 행하여지나, 지표파는 대지의 영향을 받아서 감쇠하기 쉽다.

한편, 공간파는 야간이 되면 전리층(電離層)의 E층과 F층에서 반사되어 오는데 이 경향은 전파의 주파수가 높을수록 현저하다. 주간에는 직접 수신할 수 없는 원거리의 라디오 방송이 야간에 잘 들리는 것은 이 때문이다. 물론 전파는 빛의 속도, 즉 3×1010cm／sec로 전해져 가므로 수신에 있어 시간적으로 늦는다는 따위의 문제는 없다.

모스전신

morse 電信

통신 즉 정보(情報)의 전달에는 먼저 그 정보를 전기신호로 바꾸어 줄 필요가 있다.

미국의 모스(S.I B Morse, 1791-1872)는 송신측에서 키를 두드려서 전류를 단속(斷續)하여 신호를 내보내는 것을 생각하였다. 이렇게 하여 신호를 보내기 위하여서는 전류를 단속하는 방법을 일정하게 정할 필요가 있게 된다. 수신측에서는 전류의 단속으로 발생하는 음을 듣고서 이 약속에 따라 통신의 내용을 이해한다.

모스는 단점(短點：dot)과 장점(長點：dash)의 조합으로 문자를 나타내기로 하였으며, 단점은 키를 짧은 시간 누르고, 장점은 단점의 약 3배 가량의 시간 동안 누르는 것으로 하였다. 이런 부호를 모스부호(Morse 符號)라 하며, 우리나라에서는 한글 26, 숫자 10, 기호 4, 도합 40이 정하여져 있다(〔표〕－1).

디지털신호와 아날로그신호

digital 信號－analog 信號통신에 사용하는 신호에는 두 가지의 방식이 있다. 하나는 모스통신의 경우와 같이 전류가 단속하는 것으로서 디지털신호라고 하는 것이다. 또 하나는 주파수나 전류의 진폭이 연속적으로 변화하는 아날로그신호이다. 디지털신호를 사용하는 통신을 디지털통신, 아날로그신호를 사용하는 것을 아날로그통신이라고 한다.

디지털통신

digital通信

디지털통신은 모스가 발명한 전신에 비롯하며, 그 후 송수신을 기계화한 텔레타이프(teletype)로 진보하여 전보(電報)로서 널리 이용되어 왔다. 그러나 디지털 전자계산기를 사용하는 데이터(data) 전송, 계산 결과의 데이터 전송 등이 보급되어 디지털통신은 날로 늘어날 것으로 예측된다. 이와 같은 데이터 전송은 자동제어(制動制御), 우주통신 등에서도 중요한 역할을 맡고 있다.

디지털통신의 수신(受信)에서는 어느 순간에 전류가 오고 있는지 그렇지 않은지 하는 것만이 문제이며, 전류의 양이 얼마인가에 대하여서는 문제되지 않는다. 따라서 전류가 오고 있는 상태를 '1', 오고 있지 않는 상태를 '0'으로 나타낼 수가 있다. 그러나 0은 통신이 행하여지고 있지 않을 때의 전류의 0과 구별하기 어려우므로 전류를 역방향으로 흘려서 이것을 '－1'로 나타내는 경우도 많다(〔그림〕－4).

아날로그신호

analog 信號

아날로그신호에서는 전류의 진폭(크기)이나 주파수가 연속적으로 변화한다. 그 가장 가까운 예로서 전화나 라디오, 텔레비전의 음성을 들 수 있다(〔그림〕－4). 이 경우의 전기신호, 즉 음성전류(音聲電流)는 음성을 송화기나 마이크로폰(microphone)으로써 바꾼 것이다. 또 텔레비전 카메라에 의하여 화상(畵像)을 전기신호로 변환하면, 여러 가지 주파수·진폭의 전류가 된다. 따라서 이것도 아날로그신호라고 할 수 있다.

아날로그신호로 정보를 전송할 경우 음악방송 등과 같이 본래의 신호를 충실하게 전달하고 다시 정확하게 재현할 것을 필요로 할 때와, 전화와 같이 두 사람 사이의 정보의 교환이 주목적이고 반드시 음성의 충실한 재현을 필요로 하지 않을 때가 있다. 전화에서는 음성 가운데서 어느 범위의 주파수만을 보내도 충분하며, 이러한 방법으로 기기(機器)를 어느 정도 간단하게 할 수가 있다.

지금 아날로그신호를 디지털신호로 바꾸어서 보내는 것이 연구되고 있으며, 일부에서는 실용화되고 있다. 순서는 복잡해지나 디지털신호쪽이 뒤에서 설명하는 잡음의 영향이 적고, 오신(誤信)에 대하여서도 강하여지므로 매우 유리하다.

이상에서 설명한 바와 같이 정보의 전달에 쓰이는 전기 신호의 본질은 모스통신과 같은 전류의 단속, 즉 키의 온(on)·오프(off)나 전류가 흐르는 시간의 장단(長短), 혹은 전류의 대소 등을 사용한 것이라고 할 수 있다.

반송파

搬送波

통신의 전송로로서 도선로(導線路)와 공간이 있다는 것은 앞에서 설명하였다. 그러나 후자의 경우, 예를 들면 마이크로폰에서 만들어진 신호전류는 그대로는 공간을 잘 전할 수가 없다. 이 때문에 방송국, 예를 들면 KBS 서울 제1방송에서는 주파수 710㎑의 전파를 써서 여기에 음성전류를 실어 안테나로부터 방사하고 있다. 도선로를 사용할 경우도 마찬가지이다. 이 때는 신호전류를 그대로 도선로를 통하여 흘릴 수도 있다. 각 가정의 전화기(電話機)로부터 전화국(電話局)까지의 사이가 그 일례이다.

그러나 거리가 멀어지면 신호 전류를 운반하는 데 전파의 경우와 같이 보다 주파수가 높은 교류전류를 사용하는 일이 많다. 이 교류전류를, 신호를 운반한다는 뜻에서 반송파(搬送波)라고 한다. 그리고 이것을 이용한 통신방식을 반송통신(搬送通信)이라고 부른다.

반송파의 주파수는 전송로의 성질에 따라 적당히 정하는데 이 주파수가 높아지면 하나의 반송파에 동시에 많은 정보를 실을 수가 있게 된다. 이 방식에 대하여서는 뒤에서 설명하기로 한다.

여기서 정보 또는 통신 내용으로서는 음성·문자·사진 도면 등 여러 가지의 것이 대상이 된다.

변조와 검파

變調－檢波 변조 變調 반송파에 전기 신호를 싣는 조작을 변조라고 한다.

반송파에 전기신호를 실으려면, 정현파(正弦波)의 진폭·위상·주파수 등의 양을, 전송하고자 하는 전기신호에 대응해 변화시키는 방법이 널리 쓰이고 있다.

이 때 정현파의 진폭의 양을 변화시키는 변조 방식을 진폭변조(振幅變調), 위상의 양을 변화시키는 변조 방식을 위상변조(位相變調), 주파수를 변화시키는 변조 방식을 주파수변조(周波數變調)라고 부른다.

반송파를 정현파로 하지 않고, 주기적인 펄스(pulse：矩形波)로서 하여도 신호를 보낼 수 있다. 이 경우에도 여러 가지 변조 방식이 고안되어 사용되고 있다.

검파

檢波    변조된 전류에서 신호전류를 가려내는 것을 검파 또는 복조(復調)라고 한다는 것은 앞에서도 언급한 바 있다.이 목적으로 널리 사용되는 것이 이극관이나 뒤에서 설명하는 반도체 다이오드(半導體 diode)이다. 검파에는 이들의 부품이 전류를 한쪽 방향으로만 통하는 성질, 즉 정류작용(整流作用)을 갖고 있는 것을 이용한다. 〔그림〕－27의 b는 이극관 검파회로의 일례를 보인 것이다.

  지금 수신전압을 양극에 가하면, 양극이 플러스인 전압으로 될 때에만 회로에 전류가 흐른다. 〔그림〕－27의 a는 반송파(搬送波)와 회로에 흐르는 전류의 관계를 보인 것이다. 반송파는 꼭 반이 잘려 나간 모양이다. 이 양극전류에는 반송파의 고주파전류 외에 저주파(低周波)의 전류가 포함되어 있다. 이 저주파전류가 바로 전파로 보내온 가청주파신호인 것이다. 즉 검파를 하려면 변조파(變調波)의 플러스측의 반이나 또는 마이너스측의 반을 잘라 내면 되는 것이다.

  실제에는 이 가청주파전류(可聽周波電流)만을 가려내기 위하여 〔그림〕－27의 b와 같은 코일과 콘덴서로 된 회로가 쓰인다.

  코일은 고주파의 전류를 통하지 않고 저주파전류는 잘 통한다. 한편 콘덴서는 반대로 저주파전류를 통하지 않고 고주파전류를 잘 통한다. 따라서 부하저항(負荷抵抗) 에는 가청주파전류만이 흐르게 된다. 바꾸어 말하면 이 L과 C의 회로는 주파수가 낮은 전류만을 통하는 성질을 갖는 것이 된다. 이러한 회로구성을 저역여파기(低域濾波器)라고 한다.

  검파(復調)를 하려면 변조파를 반 잘라 내면 된다는 것을 알았는데 삼극관의 그리드에 변조파를 가하여 파형이 찌그러지게 하여 상하가 비대칭으로 되게 하여도 된다. 삼극관에서는 〔그림〕－28의 b에 보인 것과 같이 그리드전압(grid 電壓) 와 양극전류 의 관계는 직선상(直線狀)이 아니다. 그리드에 변조파를 가하면 그리드전압은 －를 중심으로 좌우대칭으로 변화하는데 이 때 흐르는 양극전류의 변화는 상하대칭으로 되지 않고, 전류의 큰 쪽이 늘어난 모양으로 된다. 그것은 변조파전류에 새로 굵은 선으로 보인 것과 같은 저주파의 전류가 가해졌기 때문이다.

  이 저주파전류의 파형(波形)은 반송파에 실려 온 가청주파수의 파형과 일치한다. 검파를 하는 방법은 이 밖에도 여러 가지가 있다. 진공뿐만 아니라 반도체 다이오드나 트랜지스터(transistor)를 사용하는 경우도 많다.

 

신호 전달의 방해물

信號傳達－防害物

통신을 할 경우 송신과 수신의 2점간의 거리가 멀어지면 신호전류가 감쇠하여 점차 작아져 감은 물론 그 전류의 파형도 달라진다.

예를 들어서 모스통신에서는 신호 전류는 키의 단속(斷續)으로 만들어지는 것이므로 신호는 원래 모가 진 방형파형이나 이것이 수신국에 도달하였을 때는 모진 부분이 둥글게 된다(〔그림〕－6). 이와 같이 파형이 무너지면 단점과 간격을 식별하기 어렵게 된다.

이와 같은 식별의 곤란은 단지 파형이 무너져서만 생기는 것이 아니며, 실제에는 전송되는 동안 쓸데없는 전류가 섞여서 곤란을 받는 경우가 많다. 이것을 잡음전류(雜音電流)라 한다. 이 전류는 외부로부터 섞여 드는 것, 통신기의 내부에서 방생하는 것 등이 있다. 이 때문에 간격과 신호와의 구별은 더욱 어렵게 된다.

이와 같은 다형의 찌그러짐은 키의 조작속도(操作速度)를 빨리하여 통신속도를 높이면 단점이나 간격의 계속 시각이 짧아지기 때문에 더욱 두드러지게 된다.

이와 같이 감쇠·찌그러짐·잡음이 심하여지면 오신(誤信)을 초래하게 된다. 따라서 이들을 제거하기 위하여서는 전송선로나 수신기기에 제거하는 부분을 부가할 필요가 생긴다. 또는 어떤 통신계가 주어지면 이들의 특성으로 그 통신속도나 통신거리가 정하여져 버리게 된다.

신호의 증폭

릴레이의 역할

relay－役割

앞에서 설명한 바와 같이 원거리통신의 경우 수신되는 전류는 약해지고, 파형도 크게 찌그러지게 된다. 이 때문에 수신기의 전류가 흐르면 소리가 나는 음향기(音響器)가 잘못 동작할 염려가 있게 된다. 이러한 염려를 없게 하기 위하여 음향기의 구조·동작을 좋게 하지 않으면 안된다. 그 하나에

릴레이(relay：繼電器)가 쓰인다. 〔그림〕－7은 모스통신의 전계통도를 보였다. 〔그림〕－5의 a는 키의 구조를 보인 것으로, 평상시는 접점 1이 닫혀 있으며, 손잡이를 눌렀을 때에는 접점 1이 열리고 접점 3이 닫히도록 되어 있다. 여기서 지금 A국에서 키를 누르면 자국(自局)의 릴레이가 떨어지는 한편, 신호전류가 보내져서 도선을 통하여 B국의 릴레이에 흐른다.

이것으로 릴레이가 동작하여 음향기의 회로를 닫아서 소리를 내게 한다(〔그림〕－7).

릴레이는 극히 적은 전류로 동작하게 되어 있으며, 그 접촉자(接觸子)를 움직여서 음향기의 회로를 단속하게 되는데 이 회로의 전류는 신호전류보다 크게 할 수가 있다. 즉 릴레이는 전류를 증폭(增幅)하는 구실을 한다.

그러나 수신전류가 너무 약하고 또 펄스(pulse)가 짧아지면 접촉자가 흡착(吸著)되어서 소리를 내기도 전에 전류가 0으로 되어 버린다. 따라서 음향기는 동작하지 않게 되고, 또 미약한 수신전류로는 릴레이가 동작하지 않는다.

〔그림〕－5의 b는 릴레이 구조의 일례를 보인 것이다. 이 릴레이에서는 자심(磁心)의 구조가 좌우 대칭으로 되어 있기 때문에 코일에 전류가 흐르지 않을 때는 접촉자는 그림과 같이 중앙에 평형(平衡)하고 있다. 그러나 코일에 신호전류가 흐르면, 접촉자의 설편(舌片)은 마크(mark) 접점에 붙어서 음향기가 울린다.

전류가 반대로 되면 스페이스(space)접점이 닫힌다. 이 경우는 〔그림〕－7에서도 알 수 있듯이 음향기는 동작하지 않는다. 여기서 신호전류의 파형은 그림과 같이 되어 있으며, 모르스의 장단 부호에 대응하는 것이 마크신호, 간격에 대응하는 것이

스페이스신호이다.

〔그림〕－5의 b에 보인 릴레이는 보통의 릴레이와 달라서 감도가 좋은데, 그 까닭은 이 릴레이에는 중앙에 영구자석(永久磁石)이 있어 여기서 좌우 양쪽에 같은 자속 ψ1을 발생하고 있다. 여기에 수신전류에 의한 자속 ψ2가 가해지게 되므로 자속의 합계는 왼쪽에서 ψ2－ψ1, 오른쪽에서 ψ2＋ψ1으로 된다. 수신전류가 스페이스일 때는 이것이 반대의 관계가 된다. 그런데 접촉자를 끌어당기는 힘은 자속의 제곱에 비례한다. 이 때문에 마크신호전류로 마크 접점을 닫는 힘 F는

F∝[(ψ2＋ψ1)2-(ψ2－ψ1)2]=4ψ1ψ2가 된다. 한편 보통의 릴레이에 있어서는 동작하는 힘은 ψ22에 비례한다. 따라서 ψ1＞ψ2인 한 이 릴레이의 작동하는 힘은 보통의 릴레이보다 커진다.

그러나 이 릴레이나 수신전류가 지나치게 약하고, 또 통신 속도가 높아져서 수신전류의 단점(短點)이 짧아지면 접촉자가 흡착되어 소리가 나기 전에 신호전류가 반전하여 사용할 수 없게 된다.

삼극진공관

三極眞空觀

진공관의 발명

眞空管－發明진공관은 20세기 초인 1904년에 발명되었다. 이것이 곧 통신에 사용되어 전기통신의 기초를 든든히 하고, 나아가서 전자공학(電子工學：electronies) 총아로서 성장해 왔다.

1879년에 발명왕 에디슨(T. A. Edison：1847-1931)은 탄소선을 사용한 전구(電球)를 발명했고, 그 후 이 전구를 사용한 실험으로 전류(電流)가 진공중을 흐른다는 것을 발견하였다.

에디슨은 〔그림〕－8의 a와 같이 전구 속에 다른 금속판을 봉해 넣고 여기에 전류계(電流計)를 접속했다.

이렇게 하여 금속판을 필라멘트(filament)에 접속된 전지의 플러스(＋)쪽에 댔을 때 금속판으로부터 필라멘트를 향해 전류가 흐른다는 것을 발견하였다. 이것을 에디슨 효과(Edison effect)라고 한다.

이극관 동작

二極管動作    에디슨 효과를 알게 된 영국의 플레밍(J. A. Fleming, 1849-1955)은 에디슨이 실험에 사용했던 전구를 빌려, 이른바 이극진공관(二極管)을 발명하였는데 이것이 1904년의 일이다. 이극관은 〔그림〕－8의 b와 같이 필라멘트의 양극(陽極：plate)이라고 하는 전극을 봉해 넣은 것이다. 양극에 플러스(＋)의 전압 를 가하면 필라멘트와의 사이에 화살표로 나타낸 방향으로 전류 가 흐른다. 를 바꾸면 양극전류 도 변화한다.

  그러나 양극이 필라멘트에 대하여 마이너스(－) 전위가 되면 는 흐르지 않게 되는데, 이것은 필라멘트로부터 튀어나오는 전자(電子)가 마이너스의 전기를 가지고 있어 양극의 전압이 플러스인 경우는 양극으로 끌리게 되나 마이너스인 경우는 서로 반발하기 때문이다. 플레밍은 이 성질을 신호전류의 검파(檢波)에 사용하는 것을 생각하였다. 

삼극관의 동작

三極管－動作    이극관이 발명된 후 미국의 드 포레(Lee De Forest, 1873??1961)는 보다 감도가 좋은 진공관을 만들기로 하였다. 그리고 〔그림〕－8의 c와 같이 음극과 양극의 사이에 전자(電子)가 통과할 수 있는 제3의 전극을 넣고 여기에 가하는 전압 를 변화시켜서 를 제어하는 것을 생각하였다. 이 새로운 전극을 그리드라 하며, 이러한 진공관을 삼극진공관(三極眞空管)이라고 한다.

  음극은 필라멘트만인 것과 〔그림〕－9와 같이 전자를 방출하는 부분을 따로 하여 이것을 히터(heater)로 가열하는 음극(陰極)이 있다. 이와 같은 음극은 이극관이나 그 밖의 진공관에도 널리 쓰이고 있다. 삼극관에서 그리드는 음극 가까이에 배치되므로 그리드의 미소한 전압의 변화로 양극 전류를 크게 변화시킬 수가 있다. 따라서 전압·전류의 증폭작용(增幅作用)을 할 수가 있다.

  그런데 〔그림〕－8의 c의 삼극관회로에는 항상 양극전류 가 흘러 양극회로에 들어 있는 부하저항(負荷抵抗) 의 양단에 만큼의 전압강하가 생기게 된다. 이런 상태로 그리드에 다른 작은 교류전압 를 가하면 양극전류는 이 교류전압에 대응하여 변화한다. 이 변화하는 교류전류를 라고 하면 부하저항 Rℓ 의 양단에는   Rℓ 이라는 교류의 전압이 생기게 된다. 이 경우 와 의 극성은 반대이나 Rℓ 의 값을 지나치게 작게 택하지 않는 한 는 보다 커진다. 즉 삼극관은 그리드에 가한작은 신호전압을 큰 전압으로 할 수 있다. 작은 신호전압을 큰 전압으로 할 수가 있다. 이것을 '전압증폭(電壓增幅)'이라고 한다.

 또한 이 경우 그리드에는 일정한 마이너스의 직류전압(直流電壓：이것을 바이어스 전압이라고 한다) Ec가 가해져서 언제나 마이너스 전압으로 동작하므로 그리드와 음극 사이에는 전류가 흐르지 않는다. 따라서 그리드에서의 전력의 소비가 거의 없는 것도 특징의 하나이다.

  이와 같은 증폭작용은 당시 그 밖의 기술에서는 전혀 생각지도 않던 일이었다.

  삼극관은 1914년에는 이미 미국 대륙횡단의 전화회선에서 음성전류의 감쇠를 보상하는 증폭기(增幅器)로서 사용되었다. 그리고 1920년에는 미국에서 처음으로 라디오 방송의 개시를 가능하게 하였다.

  진공관은 새로운 기술의 중심이 되었고 라디오 방송에서 수많은 진공관이 사용된 것은 또한 진공관 자신의 발달을 촉진하였다.

 

삼극관의 여러 특성

三極管－特性 상호특성 相互特性

그리드 전압

V g 와 양극전류 Ip의 관계를 나타내는 특성으로 특성곡선의 경사가 급할수록 좋다.

양극특성

陽極特性

양극전압 Vp와 양극전류 Ip의 관계를 나타내는 특성으로 그리드의 전압 V g가 마이너스의 큰 값으로 될수록 곡선(曲線)은 오른쪽으로 평행하게 옮겨진다(〔그림〕－9).

동특성과 정특성

動特性－靜特性    진공관을 포함하는 회로(回路)는 실제에는 양극회로에 부하저항 Rl이 들어 있다. 따라서 양극에 실제로 가해지는 전압 는 외부에서 가해진 전압 Eb에서 부하저항에 의한 전압강하 을 뺀 것이 된다. 〔그림〕

－9 중의 AB라는 직선은 이 되게 그어 있다(이 선을 부하직선이라고 한다). 이 의 영향을 고려한 특성을 동특성이라 하고 을 생각하지 않을 때의 특성을 정특성이라고 한다. 상호특성의 경우에는 을 생각하면 곡선의 경사가 완만해진다.

증폭

增幅    안테나에서 들어오는 고주파전류는 미약하다. 따라서 스피커를 울려서 방송을 들으려면 반드시 증폭을 할 필요가 있다. 이것에는 검파하기 전의 변조된 고주파전류를 증폭할 경우와 스피커를 울리기 위한 가청주파전류를 증폭하는 경우 두 가지가 있다. 〔그림〕－29의 a는 고주파증폭회로의 예이다. 고주파증폭에서는 보통 희망하는 주파수의 전류만을 증폭한다. 따라서 그 주파수에 공진(共振)하는 LC회로를 사용한다. 변조파는 언제나 최대변조주파수의 2배, 즉 2Δ만큼의 벌어짐을 가지고 있다. 따라서 증폭회로는 이 범위의 주파수만을 고르게 증폭하는 것이어야 한다. 여기서 양극회로에 변성기(變成器)를 사용하는데 변성기의 1차측, 2차측에는 각각 콘덴서가 있어 반송파의 주파수에 동조하고 있다. 이 변성기의 두 코일의 전자결합(電磁結合)이 작은 때는 증폭도(增幅度), 즉 이득이 낮다. 결합을 증가하면 이득은 증가하고 더욱 중가시키면 마루가 2개 생겨서 이번에는 반송파 이 이득이 감소하기 사작한다(〔그림〕－29의 b).

  여기서 실제에는 의 전력이득이 마루 부분의 반이 되는 곳에 멈추고, 이 때의 에서 까지를 이 증폭기의 대역폭(帶域幅)으로 정한다. 의 변조파의 벌어짐, 즉 와 일치하면 이 변조파는 전혀 찌그러지는 일 없이 증폭된다. 한편 가청주파의 증폭에서는 고주파증폭과 달라서 가청주파의 전역에 걸쳐 고르게 증폭되지 않으면 안 된다. 그러나 실제에는 이상적인 증폭기는 없고, 증폭도는 주파수가 낮은 부분과 높은 부분에서 저하한다(〔그림〕－29의 b). 이 경우도 출력전력이 양단에서 각각 반으로 저하하는 곳까지를 증폭기의 대역폭으로 정한다. 은 보통 수십㎐, 는 수천㎐이다. 진공관의 양극회로에 나타난 출력전력은 보통 전압이 크고 전류가 작다. 그런데 스피커는 저전압, 대전력으로 동작한다. 따라서 변성기를 사용하여 양극회로의 고전압, 소전류(小電流)의 출력을 저전압, 대전류의 출력으로 바꾸어진다.

  그러나 이 변성기의 성능이 충분하지 않으면 찌그러짐의 원인이 된다. 이 변성기를 '출력변성기(出力變成器)'라 한다(〔그림〕－29의 c). 출력이 조금 큰 스피커를 동작시키려면 진공관을 2개 사용한 푸시풀 접속(push­pull 接續)이 널리 쓰인다. 이러한 회로구성으로 하면 출력이 단구(單球)일 경우의 2배 이상으로 되고, 더욱이 찌그러짐이 적은 특성이 얻어진다.

전화

전화

電話

사람은 먼 곳에 의사(意思)나 정보를 전하는데 먼저 편지에 의한 우편(郵便)을 생각하고, 이어서 전달시간을 단축하기 위하여 문자를 기호로 바꾸어서 전신에 의한 전보(電報)를 생각해 냈다. 그러나 전보에는 송·수신 측에서 신호의 번역이 필요하며, 통신내용의 풍부성과 정확성이라는 점에서는 불충분한 점이 있었다.

여기서 사람의 목소리를 전기신호로 바꾸어 이것을 직접 먼 곳에 보내고, 수신측에서 이것을 음성으로 바꾸어서 통화를 할 수 있다면 누구나 쓸 수 있고 오신(誤信)도 없고 속도도 빨라진다. 이것이 전화이며, 이러한 생각은 이미 1860년에 싹이 트고 실험도 행하여졌으나 열매를 맺지 못하였다.

오늘날 전화(電話)의 발명자는 벨(A.G.Bell, 1847-1922)로 되어 있다.

벨은 농아학교의 선생이며, 오래 전부터 발성기구를 연구해 왔다. 그리고 공기의 진동(振動), 즉 음을 눈으로 보고 읽을 수 있는 기계를 만들려고 생각했다. 벨의 이 생각은 결과적으로 성공하지 못하였으나 그 대신 1876년에 전화라는 예상 밖의 발명에 도달하였다.

전화업무의 개시

電話業務－開始

벨이 전화를 발명한 다음해인 1877년에 에디슨이 탄소송화기(炭素送話器)를 발명하였다. 그리고 그 해 미국에서는 전화에 의한 통신이 처음으로 시작되었다. 3년 후인 1880년에는 벨전화회사가 설립되어 본격적인 전화업무가 개시되었다.

1899년경에는 장거리의 전화전달이 가능하게 되었는데, 그 후 진공관(眞空管)이 발명되어 이 증폭기능이 전화회선에도 이용되기에 이르렀다. 이렇게 하여 미국에서는 뉴욕-샌프란시스코 간의 전화회선의 중계기(中繼器)가 실현되어 전화에 대한 거리의 제약이 해소되었다.

한편 우리나라에서는 1898년에 전화기가 도입되어 궁중(宮中)과 정부 각 아문(衙門)간은 물론 멀리 인천에까지 이르는 전화시설을 갖추어 통화하였다. 그 후 1902년에 이르러 통신원(通信院)에서 한성-인천간의 통화업무를 효시(嚆矢)로 본격적인 전화사업을 시작하였다. 그리하여 동년 6월에는 한성(漢城), 그리고 다음해 2월에는 인천 시내에서 전화교환업무가 개시되었고 뒤이어 개성·평양·수원 등지와의 전화개통이 확장되었다.

음성의 특징

音聲－特徵

전화·라디오 등에서는 직접 음성을 다룬다. 여기서 먼저 음성(音聲)이라는 것의 성질을 분명히 하여 둘 필요가 있다.

소리가 발생하는 양식은 여러 가지 있다.

① 성대(聲帶)의 진동에 의한 것, ② 파열음(破裂音)이라고 하는 공기의 급격한 폭발에 의한 것, ③ 마찰음(摩擦音)이라고 하는 좁은 틈으로부터 나오는 공기의 마찰에 의한 것, ④ 코나 입속에서 공기의 공명(共鳴)에 의한 것 등이 있다. 입의 모양을 바꾸면 다른 음성이 된다는 것은 성대묘사(聲帶模寫) 등에서 흔히 쓰이고 있다.

이와 같이 하여 사람이 내는 음성을 질이 좋은 마이크로폰으로 받아 전기신호로 바꾸면 〔그림〕－11과 같이 시간과 더불어 변화하는 복잡한 파형(波形)의 전류가 된다. 이 전류에는 여러 가지 주파수나 세고 약한 전류가 포함되어 있다.

또 음성전류를 극히 좁은 범위의 주파수만을 통하는 대역여파기(帶域濾波器)라는 장치에 걸어서 어떤 주파수의 성분이 얼마만큼 포함되어 있는가를 분석해 보면 〔그림〕－11의 b와 같이 된다. 이것을 음성의 스펙트럼(spectrum)이라고 한다. 그림에서도 알 수 있는 바와 같이 소리의 세기는 300-400㎐로서 최대이며 그 다음 완만하게 감소해 가서 1만 ㎐정도에서 거의 0이 된다.

음악소리의 특징

音樂－特徵

그러나 음악의 경우에는 45-15,000㎐라는 광범위한 주파수를 포함하고 있다. 따라서 이 음악을 충실하게 그대로 재현하는 하이파이(Hi­Fi)로 하려면, 이 범위의 음을 모두 재생할 수 있는 장치를 쓰지 않으면 안 된다.

FM라디오에서는 원리적으로 50-15,000㎐의 음을 재현할 수 있으나, 실제에는 스피커(speaker)의 성능 불충분 등으로 FM의 특징을 다 살릴 수 없는 경우도 있다.

그러나 중파방송(中波放送)인 매체, 즉 AM의 라디오에서는 주파수의 범위를 50-7,000㎐로 제한하고 있어 고음은 바랄 수가 없다.

전화의 음성

電話－音聲

전화의 경우도 마찬가지이다. 원음(原音)을 그대로 충실하게 전하기 위해서는 송화기·수화기·증폭기·전송선로 등을 모두 수십 내지 1만 ㎐의 범위에서 충실하게 동작하도록 하지 않으면 안된다. 그러나 전화 본래의 목적인 정보전달에는 꼭 음성의 주파수를 충실하게 전할 필요는 없다. 주파수의 범위를 제한하여 〔그림〕－11의 b에 보인 바와 같이 300-3,000㎐로 해도 상대가 하는 이야기의 95%는 틀림없이 들을 수가 있다.

이와 같은 이유로 해서 현재의 전화는 기기의 경제성이나 기술적인 면을 고려하여 주파수대역(周波數帶域)을 300-3,000㎐의 범위로 하고 있다. 그러나 일상 생활에서도 알 수 있듯이 전화의 목소리는 육성과는 그다지 다르지 않다.

송화기

送話器

〔그림〕－13은 송화기의 원리도이다. 구조는 탄소의 알갱이를 넣은 상자 전면에 엷은 금속판으로 된 진동판(振動板)이 있으며, 이 진동판에 음성이 닿으면 그에 응해서 진동판이 진동한다. 이 진동판은 탄소 알갱이에 전해지고, 이 진동에 응해서 탄소 알갱이 사이의 전기저항이 변화하고, 따라서 전극간에 흐르는 전류도 변화하여 외부회로에 음성의 진동에 대응한 전류, 즉 음성전류(音聲電流)가 나타난다.

〔그림〕－13에 보인 송화기에서는 이 전류를 얻는 데 변성기(變成器)를 사용하고 있는데, 이 경우 송화기에 들어오는 음성의 에너지가 불과 수 μW(마이크로와트：＝10－6W)라도 얻어지는 신호 에너지는 증폭되어 약 1,000배인 수mW(밀리와트：＝10－3W)나 된다.

수화기

受話器

〔그림〕－14는 수화기의 원리도이다. 이 영구자석의 끝에는 코일을 감은 전자석이 있고, 그 위에 진동판이 있는데 이것은 극히 엷은 연철판(軟鐵板)으로 되어 있다. 코일에 음성전류가 흐르면 그에 응해서 진동판을 끌어당기는 힘이 변화하여 진동판이 진동하여 소리를 낸다. 되도록 강한 영구자석을 사용하면 수화기의 성능이 향상되고 음질도 좋아진다.

자석식전화기

磁石式電話機

자석식전화기는 초기에 널리 사용되었던 전화기로 〔그림〕－12의 a에 보인 원리도에 의해 2의 동작을 설명하기로 한다.

먼저 수화기를 걸어 둔 채로 핸들을 돌리면 자석발전기로터 16㎐의 신호전류가 흘러나와 교환국(交換局)을 호출하게 된다. 수화기를 들면 교환대에 접속되어 교환수는 상대번호의 잭에 플러그를 꽂는다.

곧 이어서 상대방이 수화기를 들면, 전화기 내의 접점 1, 2가 닫혀서 통화를 할 수 있게 된다. 다음 송화기에 향하여 이야기를 하면 유도코일(誘導 coil)의 2차측에 신호전류가 발생하며 이것이 상대의 수화기에 전해져서 음성을 재현한다.

공전식전화기

共電式電話機

자석식에서는 각 전화기의 내부에 송화기를 동작시키기 위한 전지나 신호용의 자석발전기(磁石發電機)가 붙어 있다. 따라서 각 전화기마다 분산되어 있기 때문에 전화기의 보수면에서 보아 매우 까다롭다.

여기서 이들의 전원을 모두 교환국에 두어 많은 전화기에 공용할 수 있게 한 것이 공전식전화기이다. 〔그림〕－12의 b는 공전식 전화기의 회로구성이다.

자동식전화기

自動式電話機

자석식이나 공전식에서는 통화할 때 일일이 교환대를 불러 응답플러그나 호출플러그로 상대의 전화와 접속하도록 부탁하지 않으면 안 된다. 이러한 교환을 수동식교환(手動式交換)이라고 한다.

이 전화의 교환을 빠르고 확실하게 하기 위하여 자동적으로 접속하는 방법이 고안된 것이 자동식전화기이다.

이 자동식전화기는 다이얼(dial)만 돌리면 상대의 전화기를 찾아내는 신호가 송출되며 이것이 교환기로 하여금 곧 상대 가입자를 호출케 하도록 되어 있다.

회사(會社)나 상점에서 여러 국선(局線)의 전화를 가지고 있을 경우 옥내에 교환기를 두어 그들 모두의 전화기를 여기에 접속한다.

전파에 의한 신호의 전달

전파의 발견

電波－發見

전기현상의 실험적 연구자로서 빼놓을 수 없는 사람은 영국의 패러데이(M. Faraday, 1791-1867)이다. 가난한 가정에 태어난 그는 일하면서 독학으로 공부하여 천재적인 실험기술을 구사하여 많은 실험을 하였다.

그 중에서도 유명한 것이 1831년의 전자유도(電磁誘導)의

실험이다. 〔그림〕－15에 보인 바와 같이 연철로 만든 링(ring)에 각각 2개의 코일을 감아 한쪽에는 스위치와 전지를 직렬로 접속하고, 또 하나의 코일에는 검류계(檢流計)를 접속하여 둔다. 그리고 스위치를 넣었다 끊었다 하면 그 때마다 검류계의 바늘이 움직인다. 이것은 코일의 전류를 단속하면 철심 속을 통하는 자속(磁束)이 변화하여 변화하는 순간에 또 하나의 코일에 전압이 유기(誘起)되어 전류가 흐르기 때문이다. 전압을 발생하고 전류가 흐른다는 것은 코일 속에 전장(電場)이 생기기 때문이다. 패러데이는 이렇게 하여 자장(磁場)의 변화가 전장을 만든다는 것을 밝혔다.

이 실험에 앞서 행하여진, 철사에 전류를 흘리면 곁에 있는 자침(磁針)이 움직인다는 덴마크의 외르스테드(H. C. Oersted, 1777-1851)의 실험 등을 바탕으로 하여 전자기학을 만들어 낸 사람이 영국의 맥스웰(J.C.Maxwell, 1831-1879)이다. 맥스웰은 전장과 자장을 수학을 써서 통일적으로 나타내어 외르스테드나 패러데이, 그 밖의 사람들이 밝힌 전기현상을 이론적으로 설명하고 있는 가운데, 1864년 어떤 점에서 행한 전장·자장의 변동이 서로 작용하면서 수면을 전하는 잔물결과 마찬가지로 먼 곳으로 전해져 간다는 것을 이론적으로 예언하였다. 이것이 전자파(電磁波), 즉 전파(電波)이며 이 이론을 맥스웰의 전자파설(電磁波說)이라고 한다.

전파는 전기력·자기력의 횡파(橫波)로서 퍼져 나가는데(〔그림〕－16), 맥스웰은 그 전해지는 속도가 빛의 속도(3×1010㎝／sec)와 같다고도 예언하였다. 그러나 이론가인 맥스웰은 어디까지나 전자기학(電磁氣學)의 이론을 굳히는 데에만 노력하고 실험은 하지 않았다.

맥스웰의 이론에 흥미를 갖고, 1888년에는 처음으로 전자파(電磁波)를 발생시키는 데 성공한 사람은 독일의 헤르츠(H. R. Hertz, 1857-1894)이다. 헤르츠가 실험한 장치는

〔그림〕－18과 같은 간단한 것이었다.

먼저 접근한 2개의 금속으로 된 작은 구슬에 아연판(亞鉛板)을 붙이고, 이 작은 구슬을 유도코일에 접속한다. 유도코일에서 높은 전압이 가해지면 2개의 작은 구슬 사이에 절연이 파괴되어 스파크(spark)가 튀게 되는데 이 순간 아연판에 쌓여 있던 전기가 매우 빠른 속도로 스파크를 통하여 왕복해서 전기진동을 발생하여 전자파(電子波)를 발생한다. 이 2개의 구슬 사이를 스파크간극(spark 間隙)이라 하며, 이 장치를 스파크발진기(spark 發振器)라고 한다.

헤르츠는 이 장치로 발생시킨 전자파를 검출하기 위하여 1-2m 떨어진 곳에 검출기를 두었다. 이 검출기의 루프는 철사로 되어 있어 그 일부가 스파크간극으로 되어 있다. 그리고 발진기를 동작시키면 이 스파크간극에도 작은 스파크가 튄다. 이렇게 하여 전자파의 도래(到來)를 확인하였는데 헤르츠가 실험한 전파는 지금으로 말하면 초단파(超短波)이었다.

무선통신의 탄생

無線通信－誕生

전파가 존재한다는 것이 확인되고서부터 이것을 사용하여 통신을 하려는 시도가 여러 가지로 행하여졌다. 이탈리아 청년 마르코니(G. Marconi, 1874-1937)는 1895년에 헤르츠의 실험장치를 개량하여 〔그림〕－19와 같은 무선전신장치(無線電信裝置)를 발명하였다.

아연판 대신 철사를 붙여서 송신기로 하고, 한 끝을 어스(earth：接地)하였다. 수신측의 루프 대신 공중에 가설한 철사를 사용하고 어스와의 사이에 코히러(coherer)라는 검파기를 사용하였다. 그리고 여기에 병렬로 전지와 버저(buzzer)를 접속하였다. 코히러는 〔그림〕－19와 같이 2개의 전극 사이에 니켈 가루를 넣은 것인데 여기에 수신전류가 흐르면 니켈 가루가 밀착하여 저항이 낮아진다. 이 때문에 전지로부터 부저에 흐르는 전류가 증가하여 부저가 울린다. 이 실험으로 마르코니는 안테나도 발명하였다. 그 후 이 발명은 영국의 지원을 받아 무선통신으로서 크게 발전하여 갔다. 1899년에 도버해협 횡단 51㎞의 통신에 성공하고, 1901년에는 대서양횡단 3,540㎞의 통신에 성공하였다.

전파의 변천

電波－變遷

무선전신이 발명된 후 안테나(antenna)를 길게 하고 전파의 주파수(周波數)나 파장(波長)을 길게 할수록 전파가 멀리까지 도달한다는 것을 알게 되었다. 따라서 연구의 중심은 파장이 긴 쪽으로 옮겨 갔으며, 동시에 되도록 큰 전력을 써서 송신하고, 되도록 감도가 좋은 수신기를 써서 통신거리를 연장하는 데 노력이 집중되었다. 도버해협이나 대서양횡단은 모두 대전력의 장파(長波)에 의한 통신이었다.

그러나 1921년에 이르러 미국과 영국의 아마추어 무선가(無線家)들에 의하여 불과 수와트(W)라는 작은 전력으로도 대서양횡단의 통신이 가능하다는 것이 밝혀졌다. 그들이 통신에 사용한 것은 단파(短波)이었으며, 그로부터 갑자기 파장이 짧은 전파에 의한 통신이 주목되기에 이르렀다. 그것을 더욱 가능케 한 것은 점차 파장이 짧은 전파의 발생을 가능케 한 진공관(眞空管)의 진보이다. 그리고 현재에는 광범한 파장의 전파가 각각의 특징을 살려 이용되고 있다.

주파수대에 의한 전파의 분류

( 周波數帶－電波－分類)〔표〕－2는 전파의 주파수대에 의한 전파의 주파수대에 의한 전파의 분류를 보인 것이다. 30㎑ 이하는 극히 낮은 주파수라 하고, 그 이상의 것에 대하여서는 한 자리 차로 주파수대를 나누고 있다. 실용되고 있는 전파는 장파·중파·중단파(中短波)·단파·초단파·극초단파(極超短波)로 구분하고 있다. 이들 전파는 안테나를 사용하여 공간에 방사되며, 방사된 전파는 〔그림〕－17과 같이 여러 가지 형태로 공간을 전하여 간다.

 

〔표〕-2  주파수대와 전파
주파수의 구분	주파수의 범위	실용 범위	호   칭	용   도
VLF(극히 낮은 주파수)	30kHz 이하	15~100kHz	장파	장거리 통신
LF(낮은 주파수)	30~300kHz	100~1500kHz	중파	선박·항공기·방송
MF(중간의 주파수)	300~3000kHz	1500~6000kHz	중단파	중거리통신·방송
HF(높은 주파수)	3~30MHz	6~30MHz	단파	원거리통신·방송
VHF(극히 높은 주파수)	30~300MHz	30~3000MHz	초단파	근거리통신·방송
UHF(매우 높은 주파수)	300~3000MHz	300~3000MHz	극초단파	통신·중계용·방송
SHF(특히 높은 주파수)	3∼30GHz
EHF(더욱 높은 주파수)	30∼300GHz
kHz〓킬로헤르츠  MHz〓메가헤르츠  GHz〓기가헤르츠

 

전파의 특징과 용도

電波－特徵－用途

전파의 퍼짐에는 대지의 표면을 따라 퍼져 가는 지표파(地表波)와 상공쪽으로 방사되어 가는 공간파(空間波)로 나뉜다.

지표파는 퍼지는 동안 대지에 흡수되어 점차 약해지는데 그 감쇠의 정도는 전파의 주파수와 대지의 도전율(導電率)에 따라 다르나 주파수가 낮을수록 잘 전해진다. 따라서 장파와 중파에서는 가시외(可視外)의 먼 곳에 대하여서도 매우 강한 전계강도를 발생한다. 전계강도(電界强度)란 어떤 지점에서의 전파의 세기를 나타내는 말로, 전파에 의하여 단위 길이의 도체에 유기(誘起)되는 기전력으로 나타낸다.

중파는 야간에 전리층으로부터의 반사파가 가해지게 되는데 이로 말미암아 지표파와 이 반사파가 서로 작용하여, 즉 두 전파가 간섭하여 전파가 강해졌다 약해졌다 하게 된다. 이 현상을 페이딩(fading)이라고 한다.

또 파장이 짧아져서 단파가 되면 지표파는 더욱 감쇠하나 전리층(電離層)에 의한 반사·산란(散亂)이 강해지기 때문에 오히려 적은 전력으로 원거리까지 도달하게 된다.

전리층이란 것은 태양으로부터의 자외선이나 X선방사로 말미암아 상층 대기의 산소·질소 중의 일부 전자가 격리된 상태에 있는 부분을 말하는 것으로 이 전자가 전파의 진로를 굴절시키는 구실도 한다. 높이 100㎞ 부근에 있는 전리층을 E층, 200-300㎞에 있는 것을 F층이라고 한다.

전파의 파장이 더 짧아져서 초단파가 되면 E층이나 F층을 꿰뚫고 마는데 그 전에 일부는 대류권 내의 수십㎞의 곳에서 반사·굴절·산란하여 가시외(可視外)의 지점에도 도달한다. 그러나 극초단파(極超短波)가 되면 쓸 수 있는 것은 직진하는 직접파만으로 되고 통신할 수 있는 범위도 광학적으로 마주 볼 수 있는 지점간에 한정된다.

레이더(radar)와 같이 이 쪽에서 전파를 대고 상대의 지면(物體)에 부딪혀서 반사해 오는 전파를 받아 브라운관에 지형을 그려 낼 경우에는 전파의 직진성을 이용하는 편이 좋다. 그런 뜻에서 되도록 짧은 파장의 전파가 사용된다.

통신에는 장파(長波)에서 극초단파, 그리고 그보다 더욱 파장이 짧은 전파까지 여러 가지가 사용된다. 장파는 장거리 통신에 일부 사용되고, 중파에서 초단파까지는 방송·각종 통신에 사용되며, 이보다 파장이 짧은 전파는 레이더나 중계 등 특수한 통신용이다(〔표〕－2).

라디오

라디오

radio

라디오 방송은 1920년 미국의 피츠버그의 KDKA국에서 사상 최초로 개시되었다. 이것이 크게 센세이션을 일으키게 된 것은 다음해인 1921년, 뉴욕에 처음 권투중계가 행해지고부터였다. 우리나라에서는 1927년 2월 16일 서울 정동(貞洞) 1번지에서 JODK라는 호출부호, 출력 1kW로 처음으로 방송이 시작되었다. 그 후 1932년 3월에 사단법인 조선방송협회가 조직되었고 1934년 9월에 부산방송국을 처음으로 각 지방방송국이 개설되었다.

방송의 시스템

放送－system

라디오 방송에서는 중파의 전파를 반송파(搬送波)로 하고, 여기에 음성신호를 실어서 안테나를 통하여 방사한다. 이 때문에 방송국에는 먼저 음성 등을 마이크로폰(microphone)으로서 신호전류로 변환한다. 이 신호전류로 반송파를 변조하고 이것을 증폭(增幅)하여 안테나로부터 방사한다.

한편 수신측에서는 안테나에서 들어오는 반송파전류에서 음성전류(可聽周波電流 또는 低周波電流)를 가려 내어, 즉 검파를 하여 이것을 증폭, 스피커에 보내서 음으로서 재생한다. 이러한 일련의 조작이 진공관(眞空管)의 개발에 따라 용이하게 된 것이 라디오를 발달시켰다고 할 수 있다.

반송파의 발생

搬送波－發生

라디오 방송에선 먼저 반송파의 전기진동을 발생시킬 필요가 있다. 예를 들면 KBS의 서울 제1방송에서 710㎑, 100㎾의 전기진동(電氣振動)이 필요하게 된다. 이 반송파의 전기진동은 다음과 같은 원리로 발생된다.

발진의 원리

發振－原理    〔그림〕－22는 발진의 원리와 발진기의 구성이다. 〔그림〕－22의 a의 보통의 증폭기(增幅器)로, 입력단자 1·2에 작은 신호를 가하면 이것이 증폭되어 양극회로의 부하저항에 나타난다. 이 출력을 다시 한번 압력에 되돌려 가하면, 즉 귀환(歸還)하면 다시 증폭된다.

  이와 같은 조직을 되풀이하면 처음에 작은 전압이었던 신호가 점차 성장하여 커진다. 이렇게 되면 입력신호를 제거하여도 스스로 출력을 내게 된다. 〔그림〕－22의 b는 이 원리를 보인 것이다. 증폭기의 출력전압을 E₂로 하고, 이 β배 즉 βE₂를 입력측으로 되돌리면, 증폭기에 가해지는 입력전압 가 된다. E₁은 외부에서 가하는 전압이다. 이는 Ei의 K배가 출력전압이 된다.

  

가 된다. 만일 Kβ＝1로 되면 가 된다. 이것은 입력을 가하지 않더라도, 즉 ＝0으로 해도 출력전압이 나타난다는 것을 뜻한다. 따라서 이 β＝1의 조건이 만족되도록 회로를 설계하면 발진기가 된다. 

발진기의 방식

發振器－方式

발진기에는 여러 가지의 구성이 있다.

〔그림〕－23은 양극회로에

나오는 출력의 일부를 코일의 상호유도작용을 이용하여 입력측에 되돌리게 되어 있다. 진공관의 출력전압의 극성(極性)이 입력과 반대로 된다는 것은 앞의 삼극진공관에서도 설명한 바 있으나, 이 때문에 이 발진기에서는 화살표로 나타낸 것과 같이 진공관의 그리드(grid)와 양극측과는 반대 방향의 전압이 가해지도록 만들어진다. 이것을 반결합발진기(反結合發振器)라고 하며, 이 두 코일의 조합 T는 고주파변성기(高周波變成器)라고 한다.

이 경우 발진주파수는 코일의 인덕턴스(inductance) L과 콘덴서(codenser)의 용량 C의 값으로 정해진다. 〔그림〕－20은 하틀레이발진기(Hartley發振器)를 보인 것이다. 여기서는 1개의 코일을 사용하고 그 대신 중간에 탭(tap)을 내어 이것을 진공관의 음극에 접속하였다.

이것으로 그리드에는 양극에서 보아 역극성(逆極性)의 전압이가해지게 되는데 이 경우도 발진주파수는 로 정해진다.

단

〔그림〕－21은 조금 특수한 발진기이다. 양극과 그리드 사이에 수정진동자 Q가 접속되어 있다. 수정진동자(水晶振動子)라는 것은 수정의 엷은 조각의 양면에 엷게 금속을 도금하여 이것을 전극으로 한 것으로, 수정조각의 기계적인 진동에 의해 발진주파수가 정해진다. 이 때문에 피어스발진기(pierce 發振器)의 발진주파수는 매우 안정된 것이 된다.

무선통신(無線通信)일 때, 송신기의 주파수가 안정되지 않으면 수신기로 전파를 잘 포착할 수 없게 된다. 이와 같은 주파수의 안정도를 필요로 할 때에는 이 회로를 쓰면 된다.

전류의 변조

電流－變調

진공관발진기(眞空管發振器)로 만들어진 반송파에 음성전류를 싣기 위해서는 변조기(變調器)가 사용된다.

변조의 과정

變調－過程

〔그림〕－24는 변조의 과정을 보인 것이다. 반송파(搬送波)를 만들어 내는 발진기의 출력과 음성전류(可聽用波電)를 증폭기로 증폭한 것을 변조기에 가한다.

변조기에는 여러 가지의 것이 있다. 예를 들면 삼극관증폭기의 그리드에 반송파를 가하고, 양극의 직류전원과 직렬로 음성신호전압을 가하는 것도 하나의 방법이다. 삼극관의 출력은 양극전압이 증가하면 증대하고 줄면 감소한다. 따라서 양극전압이 음성신호에 응해서 증감(增減)하면 나타나는 반송파의 출력, 즉 진폭(振幅)도 이에 따라서 증감한다.

이와 같이 하여 얻어지는 변조파는 진폭변조(振幅變調：AM)라고 불리며, 반송파의 진폭이 가청주파의 신호로 변화한다. 이 밖의 변조에는 뒤에서 설명하는 주파수변조(周波數變調：FM)가 있다.

주파수대폭

周波數帶幅    지금 반송파의 주파수를 라 하고, 여기에 싣는 음성전류의 주파수를 라고 하면, 이 두 주파수가 겹쳐서 된 변조파에는 의 파 외에 의 두 주파수의 파가 더해진다. 바꾸어 말하면 반송파는 변조를 받음으로써 그 주파수 의 상하에 만큼 떨어진 곳에도 주파수 성분을 가진 것이 된다(〔그림〕－25).

  예를 들면 KBS서울 제1방송의 반송파 710㎑를 최고 5㎑까지의 음성전류로 변조하면 안테나로부터 발사되는 전파는 705??715㎑의 폭으로 된다. 이 폭을 점유주파수대폭(占有周波數帶幅)이라고 한다.

검파와 증폭

檢波－增幅

라디오 방송을 수신하려면 도래전파를 포착하는 안테나, 희망하는 방송국을 골라 내기 위한 동조회로(同調回路), 음성신호를 가려 내는 검파기(檢波器), 그리고 미약한 음성신호를 증폭하는 증폭기 등이 필요하다.

안테나

antenna

마르코니(Marconi)의 무선전신장치는 전파가 잘 방사되도록 공중에 매단 한 줄의 철사를 사용하였다. 또 수신측에서도 전파를 포착하기 위하여 한 줄의 철사를 공중에 매달았다. 이와 같이 공중에 매단 철사를 안테나(空中線)라고 한다.

안테나(antenna)에는 여러 가지 형상의 것들이 있다. 철사를 수평으로 가설한 것, 금속 막대를 수직으로 세운 것, 금속의 막대를 여러 개 수평으로 가설한 것, 철사를 코일 모양으로 감은 것, 포물면거울(抛物面鏡)과 같은 모양을 한 것 등이 있다.

실제의 수신기에서는 안테나를 접속하지 않는 경우도 많다. 이것은 전원으로 하고 있는 전등선을 통하여 고주파전류(高周波電流)가 들어오기 때문이다. 또 휴대라디오나 포켓라디오 등의 소형 수신기에서는 페라이트의 코어(core)에 코일을 감은 것을 내장(內臟)하여 이것으로 전파를 포착하고 있다. 내부의 코어는 주변의 전파를 잘 모으는 구실을 하고 있다.

동조

同調    라디오 방송을 수신할 때, 우리들은 손잡이를 돌려 바늘을 움직여서 희망하는 방송국을 골라낸다. 이 조작을  '동조를 잡는다'라고 한다.

  손잡이를 돌리면 수신기 내부에서는 바리콘이라 하는 가변콘덴서의 전기용량이 변화한다. 이 바리콘은 반드시 1개의 코일과 조를 짜고 있는데 안테나로부터 들어오는 여러 가지 주파수의 전류 가운데서 희망하는 것을 하나만 고르는 것이 이 바리콘과 코일의 구실이다.

  〔그림〕－26에 이 코일과 콘덴서의 회로(回路)를 보였다. 지금 콘덴서에 어떤 양의 전기가 축적되었다고 하면 다음 순간 이 전기는 코일을 통하여 흐르기 시작한다. 보통이면 이것으로 곧 방전이 끝나버리고 말지만 코일에는 자기유도작용(自己誘導作用)이 있어 전류의 흐름에 관성을 주는 성질이 있다. 이 때문에 콘덴서의 전기가 없어지고 난 다음에도 잠시 동안 전류가 흘러서 콘덴서에 처음과는 반대 방향의 전류가 축적된다. 그러나 이 전기의 양이 처음일 때와 같게 되면 전류의 흐름이 멈춘다. 그리고 다음 순간 이번에는 전류가 반대 방향으로 흐르기 시작하고 코일의 관성작용(慣性作用)으로 최초와 같은 상태로 되기까지 계속된다. 이 현상은 그네의 운동과 비유할 수 있다. 이렇게 해서 일어나는 전기진동의 주파수는 콘덴서에 축적되는 전기량과는 관계없이, 코일의 인덕턴스 L₁, 콘덴서의 정전용량(靜電容量) C에 의해서 정해진다. 이 주파수는 F는 다음 식으로 나타낸다.

  

  여기서 을 헨리(H), 를 패럿(F)으로 나타내면 는 헤르츠(㎐)로 주어진다.

  그런데 안테나로부터는 동시에 여러 가지 주파수의 전류가 들어오는데 그 중에 LC회로의 주파수와 같은 것이 있으면 LC회로 내에 그 주파수의 전기진동(電氣振動)이 일어난다. 이것은 종을 칠 때 종이 흔들리는 주기에 맞추어서 조금씩 쳐 나가면 종이 점차 크게 움직이는 것과 비슷하다. 이 현상을 '공진(共振)'이라고 한다.

  앞에서 설명한 동조를 잡는다는 것은 콘덴서의 정전용량을 변화시켜서 LC회로의 진동주파수(振動周波數)를 바꾸어 이것을 희망하는 전파에 공진시키는 조작인 것이다.

 

검파

檢波

변조된 전류에서 신호전류를 가려내는 것을 검파 또는 복조(復調)라고 한다는 것은 앞에서도 언급한 바 있다.이 목적으로 널리 사용되는 것이 이극관이나 뒤에서 설명하는 반도체 다이오드(半導體 diode)이다. 검파에는 이들의 부품이 전류를 한쪽 방향으로만 통하는 성질, 즉 정류작용(整流作用)을 갖고 있는 것을 이용한다. 〔그림〕－27의 b는 이극관 검파회로의 일례를 보인 것이다.

지금 수신전압을 양극에 가하면, 양극이 플러스인 전압으로 될 때에만 회로에 전류가 흐른다. 〔그림〕－27의 a는 반송파(搬送波)와 회로에 흐르는 전류의 관계를 보인 것이다. 반송파는 꼭 반이 잘려 나간 모양이다. 이 양극전류에는 반송파의 고주파전류 외에 저주파(低周波)의 전류가 포함되어 있다. 이 저주파전류가 바로 전파로 보내온 가청주파신호인 것이다. 즉 검파를 하려면 변조파(變調波)의 플러스측의 반이나 또는 마이너스측의 반을 잘라 내면 되는 것이다.

실제에는 이 가청주파전류(可聽周波電流)만을 가려내기 위하여 〔그림〕－27의 b와 같은 코일과 콘덴서로 된 회로가 쓰인다.

코일은 고주파의 전류를 통하지 않고 저주파전류는 잘 통한다. 한편 콘덴서는 반대로 저주파전류를 통하지 않고 고주파전류를 잘 통한다. 따라서 부하저항(負荷抵抗) R sub l` 에는 가청주파전류만이 흐르게 된다. 바꾸어 말하면 이 L과 C의 회로는 주파수가 낮은 전류만을 통하는 성질을 갖는 것이 된다. 이러한 회로구성을 저역여파기(低域濾波器)라고 한다.

검파(復調)를 하려면 변조파를 반 잘라 내면 된다는 것을 알았는데 삼극관의 그리드에 변조파를 가하여 파형이 찌그러지게 하여 상하가 비대칭으로 되게 하여도 된다. 삼극관에서는 〔그림〕－28의 b에 보인 것과 같이 그리드전압(grid 電壓) Eg` 와 양극전류 Ip` 의 관계는 직선상(直線狀)이 아니다. 그리드에 변조파를 가하면 그리드전압은 －Ec` 를 중심으로 좌우대칭으로 변화하는데 이 때 흐르는 양극전류의 변화는 상하대칭으로 되지 않고, 전류의 큰 쪽이 늘어난 모양으로 된다. 그것은 변조파전류에 새로 굵은 선으로 보인 것과 같은 저주파의 전류가 가해졌기 때문이다.

이 저주파전류의 파형(波形)은 반송파에 실려 온 가청주파수의 파형과 일치한다. 검파를 하는 방법은 이 밖에도 여러 가지가 있다. 진공뿐만 아니라 반도체 다이오드나 트랜지스터(transistor)를 사용하는 경우도 많다.

증폭

增幅

안테나에서 들어오는 고주파전류는 미약하다. 따라서 스피커를 울려서 방송을 들으려면 반드시 증폭을 할 필요가 있다. 이것에는 검파하기 전의 변조된 고주파전류를 증폭할 경우와 스피커를 울리기 위한 가청주파전류를 증폭하는 경우 두 가지가 있다. 〔그림〕－29의 a는 고주파증폭회로의 예이다. 고주파증폭에서는 보통 희망하는 주파수의 전류만을 증폭한다. 따라서 그 주파수에 공진(共振)하는 LC회로를 사용한다. 변조파는 언제나 최대변조주파수의 2배, 즉 2Δf` 만큼의 벌어짐을 가지고 있다. 따라서 증폭회로는 이 범위의 주파수만을 고르게 증폭하는 것이어야 한다. 여기서 양극회로에 변성기(變成器)를 사용하는데 변성기의 1차측, 2차측에는 각각 콘덴서가 있어 반송파의 주파수에 동조하고 있다. 이 변성기의 두 코일의 전자결합(電磁結合)이 작은 때는 증폭도(增幅度), 즉 이득이 낮다. 결합을 증가하면 이득은 증가하고 더욱 중가시키면 마루가 2개 생겨서 이번에는 반송파 f sub 0` 이 이득이 감소하기 사작한다(〔그림〕－29의 b).

여기서 실제에는 f sub 0` 의 전력이득이 마루 부분의 반이 되는 곳에 멈추고, 이 때의 f sub 1 에서 f sub 2 까지를 이 증폭기의 대역폭(帶域幅)으로 정한다. f sub 2 - f sub 1 의 변조파의 벌어짐, 즉 2 DELTA f`` 와 일치하면 이 변조파는 전혀 찌그러지는 일 없이 증폭된다. 한편 가청주파의 증폭에서는 고주파증폭과 달라서 가청주파의 전역에 걸쳐 고르게 증폭되지 않으면 안 된다. 그러나 실제에는 이상적인 증폭기는 없고, 증폭도는 주파수가 낮은 부분과 높은 부분에서 저하한다(〔그림〕－29의 b). 이 경우도 출력전력이 양단에서 각각 반으로 저하하는 곳까지를 증폭기의 대역폭으로 정한다. f sub 1 은 보통 수십㎐, f sub 2 는 수천㎐이다. 진공관의 양극회로에 나타난 출력전력은 보통 전압이 크고 전류가 작다. 그런데 스피커는 저전압, 대전력으로 동작한다. 따라서 변성기를 사용하여 양극회로의 고전압, 소전류(小電流)의 출력을 저전압, 대전류의 출력으로 바꾸어진다.

그러나 이 변성기의 성능이 충분하지 않으면 찌그러짐의 원인이 된다. 이 변성기를 '출력변성기(出力變成器)'라 한다(〔그림〕－29의 c). 출력이 조금 큰 스피커를 동작시키려면 진공관을 2개 사용한 푸시풀 접속(push­pull 接續)이 널리 쓰인다. 이러한 회로구성으로 하면 출력이 단구(單球)일 경우의 2배 이상으로 되고, 더욱이 찌그러짐이 적은 특성이 얻어진다.

간단한 수신기

簡單－受信機

라디오 방송이 시작되었을 때 먼저 등장한 것이 광석수신기(鑛石受信機)이다(〔그림〕－31). 이것은 오늘날의 게르마늄(germanium) 라디오에 상당하는데 오늘날의 다이오드 대신 천연광석인 황철광(黃鐵鑛)을 사용하여 여기에 바늘을 세워서 일일이 감도가 높은 곳을 고르고 이어폰(earphone)을 사용하였다. 그 후 이 광석라디오에 진공관 증폭기를 부가한 수신기가 널리 보급되었다.

슈퍼헤테로다인 수신기

superheterodyne 受信機

〔그림〕－31과 같은 회로구성을 갖는 라디오를 슈퍼헤테로다인 수신기라고 한다. 이 수신기의 특징은 내부에서 주파수변환이 행하여진다는 것으로 이 때문에 발진기를 가지고 있다. 감도(感度)나 전파의 선택도가 좋다.

  수신한 변조파(變調波)의 반송주파수를 바꾸는 것을 주파수변환(周波數變換)이라고 하는데, 이 때문에 과 같은 그리드를 많이 가진 진공관이 쓰인다. 이 경우 먼저 수신한 주파수 의 전파의 전압이 진공관의 제3그리드에 가해진다. 한편 이 진공관의 제1, 제5그리드는 L₂, C₂, C₃와 더불어 발진기를 구성하고 양극에 흐르는 전류에 이 발진주파수 에 응한 변화를 일으키게 한다. 이 결과 의 사이에 비트(beat)가 발생하여 양극에는 의 차에 상당하는 전류 성분이 나타난다.

 이 경우 C₁과 C₂를 동시에 변화시키는 2련바리콘을 사용함으로써 의 차를 언제나 일정하게 할 수가 있다.

  물론 이 전류에는 전파에 실려온 가청주파의 신호도 그대로 실려 있다. 즉 반송파의 주파수가 일정한 주파수의 전류로 변환된 것이며, 이 주파수를 '중간주파수(中間周波數)'라 하고 일반적으로 455㎑로 정해지는 경우가 많다.

  슈퍼헤테로다인 수신기에서는 이와 같이 만들어진 중간 주파전류를 증폭·검파하게 되는데, 이 주파수는 언제나 일정하므로 증폭하기가 쉽다. 또 이 증폭회로(中間周波增幅回路)에는 LC회로가 여러 개 쓰이며, 쉽게 〔그림〕－29에 표시된 것과 같은 특성을 갖게 할 수 있으므로 찌그러짐이 적고 더욱이 혼신도 적다.

  진공관 V₂에서는 중간주파증폭을 한다. 이어서 진공관 V₃의 이극관부로 검파하고 삼극관부로 저주파증폭을 한다. 이 출력의 전압을 진공관 V₄에 가하여 전력증폭하여 스피커를 울린다. 진공관 V₄는 전류의 교류에서 직류전압을 만들어 각 진공관에 가하기 위한 정류관(整流管)이다.

 

트랜지스터 라디오

transistor radio

현재 널리 쓰이고 있는 트랜지터 라디오에는 6석 또는 그 이상의 것이 많다. 물론 슈퍼헤테로다인 방식을 쓰고 있는데 트랜지스터의 경우는 외부 안테나를 접속하지 않으므로 감도가 조금 부족하다. 그러므로 트랜지스터의 수를 증가하여 주파수변환에 1석, 중간주파증폭(中間周波增幅)에 2석, 저주파증폭에 3석, 도합 6석을 사용하고, 검파용에는 다이오드를 1석 사용한 것이 표준이다.

〔그림〕－32는 트랜지스터 라디오의 회로 구성의 예이다. 트랜지스터는 낮은 전압으로 작동하므로 전원은 건전지(乾電池)를 쓰는 것이 보통이며, 그림의 경우는 소형의 9V 건전지를 1개 사용하고 있다.

수신기의 성능

受信機－性能

이미 설명한 바와 같이 실제의 수신기에는 매우 많은 부품이 쓰이고 있다. 수신기의 성능은 쓰이고 있는 진공관·트랜지스터의 수나 성능뿐만 아니라 코일·콘덴서·저항·스위치·변성기·스피커 등 많은 부품의 성능에 따라 크게 달라진다.

성능의 판단기준

性能－判斷基準

수신기의 성능을 판단하는 기준에는 ① 감도, ② 선택도(分離度), ③ 충실도, ④ 출력 등이 있다. '감도(感度)'라는 것은 수신기가 얼마만큼 약한 전파까지 수신할 수 있는가의 정도이며, 그 수신기를 동작시킬 수 있는 최저의 안테나 입력전압의 값으로 나타낸다. 앞에 든 5구 슈퍼헤테로다인 라디오는 0.1㎷ 이하이다. 그러나 중파방송과 같이 주간은 지표파(地表波)를, 야간은 전리층의 산란파(散亂波)를 수신하는 경우는 주야에 수신되는 방송국의 범위는 크게 달라진다.

'선택도(選擇度：分離度)'란 근접한 주파수의 전파를 배제하여 희망하는 방송국의 전파만을 분리·수신할 수 있는 능력을 나타내는 것이다. 지방 방송국의 전력이 그다지 크지 않을 때, 조금 떨어진 주파수의 근접한 대전력(大電力)의 방송국이 있으면 야간은 특히 분리가 어렵게 된다. 따라서 방송국의 주파수를 할당할 때 이 점을 충분히 고려해야 한다.

'충실도(忠實度)'라고 하는 것은 입력신호를 어느 정도 충실하게 재현할 수 있는가를 나타내는 특성이다. 바꾸어 말하면 음질의 좋기를 나타내는 양으로, 음악을 즐기는 사람들에게는 중요한 특성이다. 이 충실도 특성이 좋은 것을 고충실도(高忠實度：high fidelity, 略하여)라고 부른다. 또한 음질을 자기가 원하는 것으로 조절할 수 있도록 손잡이가 붙은 수신기도 있다.

출력(出力)은 스피커에 공급되는 최대전력와트로 나타낸다. 출력이 클수록 대형의 스피커를 동작시킬 수가 있고 그만큼 큰 음을 낼 수 있게 된다.

에이엠과 에프엠

AM－FM    중파의 라디오 방송은 반송파의 진폭을 변화시켜서 보내진다. 이것을 진폭변조(振幅變調：amplitude modulation, AM)라고 한다. 이에 대하여 반송파의 진폭은 언제나 일정하게 두고 그 주파수를 변화시키는 방법도 있다. 이것을 주파수변조(周波數變調：frequency modul­ation, FM)라고 한다. FM방송은 AM방송에 비하여 혼신·잡음 등의 방해를 잘 받지 아니하고, 음질도 좋다. 따라서 음악방송과 같이 음질을 중점으로 할 경우에는 FM이 쓰인다.


  AM, FM을 불문하고 잡음전압(雜音電壓)이 가하여지면 수신전파의 진폭은 불규칙하게 변화한다. AM에서는 진폭변화를 신호전달에 사용하고 있으므로 잡음에 의하여 진폭이 달라진 채로 그대로 검파되어 이것이 증폭되어 스피커에서 나온다. 그런데 FM에서는 진폭변화를 이용하고 있지 않으므로 잡음전파로 진폭이 고르게 되지 않더라도 증폭한 다음에 진폭이 일정하게 되도록 파(波)의 상하의 일부를 잘라 낼 수가 있다. 이렇게 하여 진폭을 일정하게 한 다음 검파하면 신호만이 얻어지고 잡음은 제거된다.

 〔그림〕－33에 AM파와 FM파의 파형과 각각의 파의 주파수 스펙트럼(spectrum)을 보였다. 반송파의 주파수를 , 변조주파수를 라 하면 AM에서는 라는 3개의 주파수 성분이 나타난다. 까지의 사이를 점유주파수대(占有周波數帶)라고 한다. 이에 대하여 FM파에는 를 중심으로 하여 로 수많은 주파수 성분이 나타난다. 즉 FM에서는 점유하는 주파수대가 훨씬 넓어진다. 따라서 중파의 방송(535??1605㎑)에서 FM을 쓰면 방송국의 수를 많이 할 수 없다. 즉 FM은 훨씬 높은 주파수를 쓰지 않으면 실용성이 없게 된다.

  우리나라에서는 현재 88??108㎒의 초단파(超短波)를 사용하여 FM방송을 하고 있다. 변조할 때의 방송파의 주파수의 변화(周波數偏移)를 최대 ±75㎑로 하고, 점유주파수의 폭은 200㎑로 억제하고 있다. FM방송 수신기의 경우에는 주파수가 높으므로 도래하는 전파가 약한 경우가 많다. 여기서 먼저 고주파증폭(高周波增幅)을 하고, 이어서 주파수 변환, 중간 주파증폭을 한다. 또한 잡음을 제거하기 위해 중간주파전류의 진폭을 일정하게 한다.

  이어서 주파수의 변화에 응한 신호전류를 가려 내는데 이것을 FM 검파라고 한다. 그러나 실제의 방송에서는 더욱 잡음을 적게 하기 위하여 변조할 때 가청주파수의 높은 쪽을 과장하여 보내고 있으므로 수신에서는 고음을 조금 줄일 필요가 있다. 이 조작을 '디 엠퍼시스(de­emphasis)'라고 한다. 이 다음에 저주파증폭을 하여 스피커를 울리며 되는 것이다.

   이와 같이 FM수신기의 구성은 AM수신기에 비하여 구성이 좀 복잡하다. 그러나 FM방송에 의하여 하나의 전파에 의한 스테레오(stereo)방송도 가능하게 되었다.

   스테레오 방송에서는 음의 입체감을 내기 위하여 마이크로폰을 2개 사용한다. 만일 AM으로 스테레오 방송을 하려면 저파가 둘 필요하게 된다. KBS일 경우는 제1과 제2방송을 동시에 쓰지 않으면 안 되고 민간방송일 경우는 2개의 방송국이 협력하여 스테레오 방송을 해야 한다. 그런데 FM에서는 점유주파수대가 넓으므로 하나의 전파 속에 좌우의 음에 상당하는 두 신호를 포함시킬 수가 있다.

텔레비전

텔레비전의 발달

television－發達

움직이는 화상(畵像)이나 광경을 전기신호로 바꾸어서 전송하고, 떨어진 지점에서 시간의 지연됨이 없이 재현하는 기술을 텔레비전이라고 한다.

이것으로 우리들은 안방에 앉아서 스포츠의 경기, 연극의 무대, 영화 등을 볼 수 있게 되었다. 음악연주회의 중계에서는 연주가의 표정뿐만 아니라 악기에 닿는 손가락의 움직임까지도 클로즈업(close­up)되고 있다.

한편으로는 인공위성(人工衛星)에 의한 우주중계(宇宙中繼)가 실현되어 외국의 방송도 볼 수 있게 되었다.

텔레비전의 착상은 19세기 말에 시작되었다. 그러나 최초의 텔레비전은 촬상장치에 회전원판을 사용하는 것이 많았다. 1926년 영국의 베어드(J. L. Baird, 1888-1946)가 처음으로 공개한 텔레비전도 이 방식이었다.

그 후 진공관(眞空管)의 발달로 1930년대에는 각국에서 실험방송이 시작되었으나 그 본격화는 제2차 대전 이후이다. 우리나라에서는 1956년 5월, RCA의 도움으로 HLKZ에서 방송이 개시된 것이 효시였다. 이로써 우리나라는 세계에서 17번째의 방송시설 보유국이 되었으나, 컬러 텔레비전 방송은 다른 나라보다 늦어 80년 12월부터 방영이 시작되었다.

화상의 송신과 수신의 기본과정

畵像－送信－受信－基本課程

3차원 혹은 2차원의 화상이나 광경을 2차원으로 포착하여 이것을 전기신호로 바꾸어서 상대에게 전하고 여기서 다시 한번 2차원의 화상으로서 재현하는 것이 텔레비전의 기본과정이다. 이것을 구체적으로 실현하는 데는 여러 가지 기술적인 약속이 있다.

먼저 빛의 명암(明暗)으로 구성되는 화상이나 광경을 전기신호로 변환하는 데는 빛을 전기로 바꾸는 광전효과(光電效果)라고 하는 현상이 쓰인다.

그러나 2차원의 정보를 그대로 동시에 보낸다는 것은 기술적으로 어렵다. 이 때문에 시간을 들여 순차로 보내는 방법이 쓰이는데 이 조작을 '주사(朱査)'라고 한다.

이어서 이 전기신호를 진폭변조로 반송파(搬送波：電波)에 실어서 안테나로부터 발사한다. 반송파에는 초단파·극초단파의 전파가 쓰이는데 이 전파의 퍼짐은 지형의 제약을 받는다. 이렇게 하여 보내진 전파를 수신하여 화상을 재현하게 되는데 여기에는 브라운관이 쓰인다.

브라운관(Braun管)은 1897년 독일의 브라운(K.F.Braun, 1850-1918)에 의하여 발명되어 전기의 측정용에 실용되고 있었다. 진공 중에서의 전자의 움직임을 전계(電界)나 자계(磁界)로 제어하여 형광면에 충돌시켜서 발생시켜 그 움직임을 관찰하는 것이다.

지금 송신측의 주사와 같은 약속으로 브라운관 내의 전자빔을 움직여서 보내온 화상의 신호로 그 세기를 제어하면 농담(濃淡) 있는 통신이 재현된다. 이와 같이 브라운관이 발명되었기 때문에 텔레비전 기술의 전개는 송상(送像)측의 기술의 확립에서 시작되었다고 할 수 있다.

광전효과

光電效果

텔레비전에서는 먼저 보내야 할 장면의 광상(光像)을 전기신호로 변환한다. 여기에는 빛과 전기를 관계짓는 현상 즉, '광전효과'가 쓰인다. 이 광전효과를 이용한 가장 간단한 장치에 광전관(光電管)이 있다.

광전관

光電管

〔그림〕－34는 광전관의 구조를 보인 것이다. 유리의 일부에는 은(Ag)이나 안티몬(Sb)이 붙어 있고 여기에 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속을 반응시키고 그리고 중앙에 작은 전극이 있다.

지금 〔그림〕－34와 같이 광전관에 전지와 검류계(檢流計)를 접속하고 여기에 빛을 대면 검류계의 바늘이 움직인다. 이것은 세슘 속이 전자가 빛의 에너지를 얻어서 밖으로 튀어나와 중앙의 전극에 끌렸기 때문이다.

이와 같이 빛에 의하여 전자가 튀어 나오는 현상을 광전자방출(光電子放出)이라고 한다. 이 경우 빛의 양과 흐르는 전류의 관계를 곡선으로 하면 〔그림〕－34와 같이 된다. 이것으로 광전류는 입사(入射)하는 광량(光量)에 비례한다는 것을 알 수 있다. 즉 광전관을 사용하면 빛의 강약을 전류의 강약으로 바꿀 수가 있게 된다.

적은 빛으로 대량의 광전자를 방출시키려면 세슘을 단독으로 사용하여서는 안되고, 앞에서도 설명한 바와 같이 먼저 은(Ag)의 얇은 층을 만들고 그 표면을 산화시켜 그 위에 세슘을 반응시킨 것(Ag－O－Cs), 안티몬(Sb)의 표면에 세슘을 반응시킨 것(Sb－Cs) 등이 쓰인다. Sb－Cs은 빛에 대한 감도가 높다.

또한 광전관에서는 단지 감도뿐만 아니라 어떤 파장(色)의 빛에 대하여 감도가 높은가 하는 것까지도 문제가 된다. 사람의 눈은 초록색(파장 550mμ)의 빛에 대하여 가장 감도가 높다. 만일 광전관이 다른 색의 빛에서 높은 감도를 갖게 된다면 얻어지는 전류는 우리들의 빛의 강약의 감각과 동떨어진 것으로 되어 버리고 말 것이다. 각 파장에 대한 감도, 즉 분광감도특성(分光感度特性)이 사람의 눈에 가장 가까운 재료로서는 비스무트를 반응시킨 Bi－O－Ag－Cs가 있으며(〔그림〕－36), 텔레비전에 많이 사용된다.

광전효과에는 전자를 방출하지 않고 빛이 닿으면 전기저항이 저하하는 것, 나아가서는 기전력을 발생하는 것이 있다. 이것을 각각 광도전효과(光導電效果)· 광기전효과(光起電效果)라고 한다.

광도전효과를 나타내는 물질로 황화(黃化)카드뮴(cds)·삼황화안티몬(Sb2S2)·산화납(P)·산화아연(ZnO)·셀렌(Se) 등이 있으며, 텔레비전에서는 이중 삼황화안티몬·산화납을 사용한다.

광기전효과를 나타내는 물질로서는 셀렌(Se)·실리콘(Si) 등이 있다. 셀렌은 오랜 전부터의 카메라 노출계(露出計)로, 실리콘은 태양전지 등으로 이용되고 있으나 이 광기전효과는 현재 텔레비전에는 쓰이지 않고 있다.

텔레비전 카메라

television camera    텔레비전은 화상을 보내는 데 2차원의 명암을 시간적으로 변화하는 전기신호로 변환한다. 이를 주사(朱査)라고 하는데 이에 의하여 전기신호를 만들어 내는 장치를 텔레비전 카메라라고 한다. 텔레비전 카메라는 다음에 설명하는 촬상관(撮像管)과 그의 제어장치 및 증폭기 등으로 이루어져 있다. 〔그림〕－35는 이 카메라를 사용한 송상기의 구성(構成)을 보인 것이다.

  그런데 화상을 분해하고 다시 화상을 만들어 내고 있는 것의 예에 신문사진(新聞寫眞)이 있다. 이것은 화상을 많은 점으로 분해하고, 신문지상에 재현할 때는 흰 곳은 점의 크기를 작게 하고, 검은 곳은 크게 하여 농도(濃度)의 차를 내고 있다.

  이것과 마찬가지로 텔레비전에서도 화상을 점으로 분해한다. 〔그림〕－37은 그의 원리도를 보인 것이다. 먼저 렌즈로 상을 맺고 상이 있는 곳에 작은 광전관을 많이 배열한다(그림에는 간단하게 1렬만 나타내었다). 이렇게 하여 스위치 S를 전환해 가면 스위치가 접속된 광전관으로부터 광전류가 저항 Ri에 흘러 출력으로 나온다. 즉, 순차 스위치를 전환함으로써 주사가 행하여지게 되는 것이며 이에 의하여 광상(光像)이 전기신호로 바뀌게 된다.

  그런데 실제의 텔레비전에서는 화면의 크기는 세로 3·가로 4의 비율로 되어 있다. 그리고 이 세로를 525개의 점으로 분할한다. 그렇게 되면 가로에 배열되는 점의 수는 점의 수는 도합 525×700＝36만 7,500개나 된다. 이 점들의 하나하나를 회소(繪素)라고 한다.

  이와 같이 매우 가늘게 나누고 있으나 이 방법은 그다지 좋은 방법이라고 할 수 없다. 왜냐 하면 〔그림〕－37의 경우 광전관에는 쉴새 없이 빛이 들어오고 있음에도 불구하고 1개의 광전관이 유효하게 동작하는 시간은 전체의 약 40만분의 1에 지나지 않기 때문이다.

아이코노스코프

iconoscope

이 빛의 이용률을 향상시켜 빛의 전기로의 변환효율을 향상시킬 필요가 있다. 여기서 고안된 것이 축적(蓄積)의 원리이다.

지금 〔그림〕－37에 보인 바와 같이 광전관의 양극과 전원과의 사이에 각각 콘덴서(condenser)를 넣어 본다. 그러면 이들 콘덴서는 빛을 받아서 흐르는 광전류에 의하여 언제나 충전이 된다. 그리고 스위치를 넣으면 이 콘덴서의 전하(電荷)가 외부의 부하저항에 흐르도록 된다. 이 콘덴서의 용량 C와 부하저항 R의 값은 스위치가 들어가 있는 동안에 충분히 방전되도록 적당히 택하여 두면 된다. 이와 같이 콘덴서가 광전류를 축적하면 빛에 대한 감도는 훨씬 상승하게 된다. 이 축적의 원리는 1934년에 일본의 다카야나기(高柳健次郎)가 발명한 것이다.

같은 해에 독립으로 연구를 해온 미국 RCA의 즈보리킨(V. K. Zworykin, 1889-1982)이 이 원리를 사용한 아이코노스코프라고 하는 촬상관(撮像管)을 발명하여서 오랫동안 실용되어 왔었다(〔그림〕－39).

그러나 보다 감도가 좋고, 보다 좋은 화질(畵質)의 촬상관에 대한 요구가 가해져서 여러 가지로 연구된 결과 1945년에 같은 RCA에서 이미지 오시콘(image orthicon)이라고 하는 신형의 촬상관을 발표하였다.

이들 촬상관은 모두 광전자 방출의 현상을 쓰고 있으나 1951년에 역시 RCA에서 광도전현상을 쓴 촬상관이 개발되었다. 이것을 비디콘(vidicon)이라고 한다. 직경 25㎜가량의 소형 촬상관이었기 때문에 뒤에 설명하는 공업용 텔레비전용으로서 주목을 받게 되었다. 그 후 특성이 개선되어 방송용으로서도 널리 쓰이게 되었는데 다음에 이 비디콘과 이미지 오시콘에 대하여 설명하기로 하겠다.

이미지 오시콘

image orthicon    〔그림〕－38에 보인 구조도에 따라 설명한다. 왼쪽 끝의 유리면을 페이스 플레이트(face plate)라 하고, 그 내면에 광전면이 붙어 있다. 광전면은 앞에서 설명한 Bi­O­Ag­Cs의 미립자(微粒子)가 모여서 되어 있으며, 이 미립자의 하나하나가 미소 광전관(微小光電管)으로서 동작한다.

  빛이 광전면에 닿으면 이 광전면에서 오른쪽(내부)으로 광전자가 방출된다. 이 광전자는 오른쪽으로 진행하여서 타깃 메시(target mesh)라고 하는 무수하게 작은 구멍을 가진 동박(銅箔의 전극을 지나 타깃 글라스(target glass)라고 하는 유리의 얇은 판에 충돌한다.

  이 충돌로 유리면에서 다른 전자가 튕겨져 나와 타깃 메시에 흡수된다. 이와 같이 튕겨져 나온 전자를 들어오는 전자(1차 전자)에 대하여 2차 전자라고 하는데 이 양은 1차 전자보다 많다. 이렇게 하여 증폭(增幅)이 행하여지며, 그 결과 유리면에 상의 명암에 응한 대량의 플러스의 전기가 축적된다.

  이것을 전하상(電荷像)이라고 한다. 그런데 유리는 조금 온도를 높여서 사용되므로 그 전기저항은 그다지 높지 않다. 이 때문에 유리판의 왼쪽면의 플러스의 전기는 곧 오른쪽 면에 나타나게 된다.

  이 상태로 그림 오른쪽 끝의 전자를 가는 흐름으로 하여 내보내는 전극, 즉 전자총(電子銃)으로부터 전자빔(電子 beam：전자의 가는 흐름)을 방사, 유리면을 차례로 주사한다(〔그림〕－38). 지금 만일 유리면에 플러스의 전기가 없으면 이 전자빔은 반발되어 되돌아간다.

  그러나 유리면에 플러스의 전기가 있으면 전자빔 속의 마이너스의 전자의 일부는 유리판에 닿아 거기에 있는 플러스의 전기와 중화한다. 즉 유리판에 플러스의 전기가 있는 곳에서는 되돌아가는 전자의 점이 그만큼 적어지게 된다.

  물론 유리판 위의 플러스의 전기는 앞에서 설명한 바와 같이 광전면상(光電面上)에 막아진 상의 명암에 응한 것이다. 따라서 전자총 부근에 되돌아오는 빔(beam)의 세기는 화상의 각점의 명암에 응한 것이 된다. 즉, 전자빔이 전환 스위치의 구실을 하여 화상(畵像)이 전기신호로 변환된 것이 된다.

  전자총의 둘레에 붙어 있는 다이노드(dynode)라는 부분은 이 되돌아가는 전자를 더욱 증폭하기 위한 것이다. 은이나 마그네슘의 합금으로 만들어져 있으며, 전자가 닿으면 차례로 2차 전자를 방출하는데 이 2차 전자의 양도 1차전자의 양보다 더 많다. 이렇게 하여 큰출력이 얻어지게 된다. 이것을 전자류증배(電子流增倍)라고 한다.

  이미지 오시콘은 달빛 속에서도 화상을 포착할 수 있어 감도·화질적인 점에서 현재 가장 우수한 촬상관으로 꼽히고 있다. 그러나 직경이 나 되어 주로 스튜디오용으로서 쓰이고 있다.

 

비디콘

vidicon

이미지 오시콘과 달라서 광도전현상을 이용한 것이다(〔그림〕－38의 b). 페이스 플레이트의 유리의 내면에 투명한 산화주석(SnO2)의 네사막(nesa 膜)이라는 박막이 있다. 네사막은 신호를 얻어 내는 전극으로서 동작한다.

광도전물질인 삼황화안티몬(Sb2S3)은 이 네사막의 전자총으로부터의 표면에 두께 수μ의 얇은 층으로 붙어 있다. 이것을 사용할 때는 네사막에 20-40V의 플러스의 전압을 걸어 둔다. 지금 빛이 네사막을 통하여 광도전물질의 박층(薄層)에 닿으면, 그 전기저항은 빛의 양에 따라서 저하한다. 이렇게 하여 박층의 전자총측의 표면에는 빛의 강약, 즉 상의 명암에 따른 플러스의 전기가 나타난다. 이 전하상(電荷像)은 네사막과의 사이의 아주 작은 정전용량(靜電容量)에 축적된다.

그런데 이것을 전자빔으로 주사하면 빔 속의 전자의 일부가 여기에 뛰어든다. 그러나 그 양은 플러스의 전기가 많은 부분, 즉 빛이 강한 부분일수록 많다. 이렇게 하여 네사막으로부터는 빛의 명암에 응하여 변화하는 전류, 즉 신호 전류가 얻어지게 된다.

비디콘(vidicon)은 〔그림〕－38과 같이 구조가 간단하다. 관(管)의 직경도 25㎜가 표준이며, 작은 것은 이의 반밖에 되지 않는 것도 있다. 따라서 비디콘은 휴대용 또는 필름 촬상용의 카메라, 스튜디오의 보조카메라, 나아가서는 인공위성이나 우주로켓의 카메라로 쓰인다.

광도전물질(光導電物質)로 쓰이고 있는 삼황화안티몬 대신 산화납(P)을 사용한 것이 실용되고 있다. 이것을 프란비콘이라고 하며, 특히 컬러 텔레비전용 카메라로서 주목되고 있다. 비디콘도 이미지 오시콘과 마찬가지로 되돌아오는 빔 및 전자류증배(電子流增倍)를 사용할 수 있으나 구조가 복잡해지며, 간단하여 쓰기 좋다는 특징을 잃게 되므로 이러한 방법은 쓰이지 않고 있다.

브라운관

Braun 管

브라운관에서는 전자총으로 전자빔을 만들어 이것을 형광물질을 칠한 스크린(sereen)에 충돌시켜 여러 가지 도형을 그리게 한다.

이 전자빔의 방향을 움직이는 방법, 즉 편향(偏向)시키는 방법에는 전장(電場)을 쓰는 정전편향(靜電偏向)과 자장(磁場)을 쓰는 전자편향(電磁偏向)의 2가지가 있다. 현재 텔레비전 수상에 쓰이는 것은 주로 전자편향이다.

정전편향

靜電偏向    정전편향의 브라운관에는 〔그림〕－40의 a와 같이 관의 목 부분에 평행한 평면전극(平面電極)이 2조 붙어 있다. 전자빔은 이 틈을 통하여 스크린에 향하는데 지금 마주보는 두 장의 평면전극에 전압을 걸면 전자는 마이너스의 전기를 가지고 있으므로 플러스의 전극 쪽으로 끌려서 그 진행방향이 달라진다.

  이 때문에 〔그림〕-41의 a와 같이 평면전극을 2조 직교(直交)시켜 두면 스크린 위의 발광점(發光點：이것을 휘점이라고 한다)의 위치를 자유롭게 이동시킬 수가 있다. 동시에 전자빔의 양을 신호에 응하여 증감하면 휘점의 밝기가 달라져서 스크린 위의 도형에 농담(濃淡)을 갖게 할 수도 있다. 이 경우 전자의 속도를 , 전극에 거는 전압을 , 또 전극으로부터 형광면까지의 거리를 로 하면 전자빔의 움직임 는 에 역비례하고 와 에 비례한다.

  이 정전편향방식은 주로 전기측정용(電氣測定用)으로서 오실로스코프(oscilloscope)등에 쓰이며 텔레비전 수상에는 거의 이용되지 않고 있다. 텔레비전에서는 화상이 밝아야 하므로 전자의 속도 를 높게 하는데, 빔의 이동 는 에 비례하여 감소하므로 편향에 필요한 전압이 높아져서 불리하다.

전자편향

電磁偏向    전자편향에서는 전자빔을 편향시키는 데 자계(磁界)를 쓴다.〔그림〕－40의 b와 같이 지면(紙面)에 수직으로 뒤로부터 앞면을 향하여 자계를 가하면 빔은 위쪽으로 편향한다. 이 때 전자 이동의 진동 d는 자계의 세기 B에 비례하고, 전자의 속도 에 역비례한다. 자계는 브라운관의 바깥쪽에코일(偏向 coil)을 감고 여기에 전류를 흘려서 가한다(〔그림〕－40의 b). 이 전류를 i 라고 하면 B는 i 에 비례하므로 는 i 에 비례하는 것이 된다. 이 경우도 코일을 직교(直交)하여 2조가 필요하다. 이 2조의 코일로 전자빔을 스크린을 위에 주사시켜 신호전류에 응하여 전자빔의 양을 증감하고 농담을 갖게 하면 화면이 재현되는 것이다.

브라운관의 형과 크기

Braun 管－形－

텔레비전에서는 화면이 네모지므로 브라운관도 네모진 것이 많다.

브라운관의 크기는 이 대각선(對角線)의 길이로 나타낸다. 미터법을 채용하고 있는 현재에도 이 크기는 외국의 습관에 따라 인치로 나타내고 있다.

또 전자빔이 이동하는 각도를 편향각(偏向角)이라고 한다. 텔레비전 방송이 처음 시작된 즈음에는 편향각은 보통 75°였으나 그 후 90°, 115°로 점차 커져 갔다. 편향각이 커지면 당연히 브라운관의 길이가 짧아지고, 그만큼 수상기의 케이스의 폭을 좁게 할 수가 있다.

수상기의 구성

受像機-構成

텔레비전 수상기의 구성은 매우 복잡하다. 진공관식(眞空管式)에서는 쓰이는 진공관이 약 15개, 트랜지스터식(transistor 式)에서는 약 25석, 거기에 다이오드(diode)가 약 13석이나 있어 라디오 수신기와는 비교도 되지 않는다. 수상기의 구성을 기능별의 블록으로 나누어서 나타내면 〔그림〕－41과 같이 된다.

안테나

흑백텔레비전의 보급과 더불어 컬러 텔레비전의 개발에 노력하여 처음으로 등장한 것이 CBS방식(Columbia Broadcasting System)이다. 미국에서는 일단 이 방식이 컬러 텔레비전의 표준방식으로 채용될 것 같았으나, 이 때 RCA(Radio Corporation of America)가 전전자식(全電子式)을 제창, 그후 오랜 논쟁 끝에 이 RCA방식이 대세를 제압하였다. 그리고 1953년에 컬러 텔레비전과 흑백 텔레비전을 양립시키는 방식이 결정되어 NTSC방식(National Television System Committee)이 표준방식으로서 채용되었다.?

신호전류의 경로

信號電流－經路 안테나로 포착되는 전파는 수상기에 들어와 고주파증폭기(高周波增幅器)에서 증폭되고, 이어서 국부발진기의 출력과 혼합되어 중간주파로 변환된다. 이 순서는 앞에서 설명한 슈퍼헤테로다인 수신기와 같으나 텔레비전에서는 이 중간주파를 특히 영상중간파(映像中間波)라고 부른다. 이어서 이것을 검파하여 영상신호를 꺼내고, 이것을 증폭하여 브라운관의 전자총의 그리드에 가한다. 이것으로 전자빔의 양이 변화하여 화면에 농담(濃淡)을 만든다.

한편에서는 영상신호에 가해지고 있는 동기신호를 분리한다.

동기신호(同期信號)라는 것은 촬상관 속의 전자빔의 움직임과 수상브라운관 속의 전자빔의 움직임을 똑같게 하기 위한 것으로, 여기에는 수직동기신호(垂直同期信號)와 수평동기신호(水平同期信號)의 두 가지가 있다.

수직동기신호는 하나의 토막을 다 보내고, 다음 토막을 보내기 시작한다는 신호이다. 수평동기신호는 한 줄의 주사선의 주사가 끝나고 다음 주사선의 주사를 시작한다는 신호이다.

수상기 내부에는 전자빔을 수직·수평으로 이동시키기 위한 편향전류발생기가 있다. 동기신호는 각각 이 발생회로에 가해지고 그 전류의 발상을 제어하게 된다. 이렇게 하여 만들어진 편향전류는 각각 브라운관의 수직·수평편향코일에 흘려진다. 이 결과 촬상관 내의 전자빔과 수상관 내의 전자빔은 동시에 수직·수평의 주사를 개시하게 된다.

영상중간주파의 출력 중에는 음성을 재현하기 위한 음성 신호도 포함되어 있는데, 이것은 영상검파한 다음 분리, 증폭하여 스피커(speaker)를 울리게 된다.

손잡이의 여러 가지

수상기(受像機)에는 많은 손잡이들이 붙어 있다. 가장 자주 사용하는 것이 방송국을 선택하는 채널 셀렉터(channel selector)이다. 이것은 라디오의 다이얼에 상당하나, 텔레비전은 라디오와 달라서 채널 수도 적어 미리 각 채널의 주파수에 동조시킨 코일과 콘덴서의 LC회로가 여러 개 붙어 있다. 이것을 전환하여 희망하는 방송국을 선택하게 되어 있다.

같은 축에 붙어 있는 세밀조절의 손잡이는 LC회로의 전기용량을 조금 바꾸어 주파수의 벗어남을 없애는 것이다.

휘도조정(輝度調整)의 손잡이는 수상기를 둔 방의 밝기에 따라 화면의 밝기를 조절하기 위한 손잡이이다. 이 손잡이를 돌리면 브라운관 속에 있는 전자총의 그리드에 가하여지고 있는 직류의 마이너스 전압(bias 電壓)이 바뀌는데 이 증감에 따라 전자빔의 양, 바꾸어 말하면 스크린 위의 휘도가 증감한다.

수상기에 따라서는 자동휘도조정방식(自動輝度調整方式：ABC)을 사용한 것도 있다. 이것은 캐비닛의 전면에 황화카드뮴의 광도전셀(光導電 cell)을 비치하고 있어, 실내의 밝기가 달라지면 이 셀의 저항이 바뀌는데 이것을 이용하여 브라운관의 그리드 전압을 자동적으로 변화시킨다.

콘트라스트 조정용의 손잡이는 화면의 명암의 차(contrast)를 강하게 한다든지 약하게 한다든지 하기 위한 것이다. 앞에서 설명한 영상증폭기(映像增幅器)의 증폭도를 높이면 영상신호가 강해져서 콘트라스트는 강해지고, 또 증폭도를 낮추면 약해진다.

실제의 수상기에서는 영상증폭관의 음극회로에 삽입된 저항의 값을 바꾸어 이것으로 증폭도를 증감하고 있다. 이 저항값이 커지면 음극전압이 높아지고 상대적으로 그리드에 가해지는 마이너스의 전압(bias電壓)이 증대하여 증폭도가 저하하게 된다.

수직·수평동기용의 손잡이는 화상이 상하·좌우로 흐르기 시작했을 때 이것을 멈추게 하는 것이다. 손잡이를 돌리면 각각 수직·수평편향전류발생기의 출력주파수가 변하게 되어 있다. 그러나 실제에는 이 전류발생기는 보내 오는 동기신호에 의하여 제어되고 있으므로 정상적인 수상기에서는 이 손잡이를 쓰는 경우가 적다.

컬러 텔레비전의 원리

color television－原理

흑백텔레비전의 보급과 더불어 컬러 텔레비전의 개발에 노력하여 처음으로 등장한 것이 CBS방식(Columbia Broadcasting System)이다. 미국에서는 일단 이 방식이 컬러 텔레비전의 표준방식으로 채용될 것 같았으나, 이 때 RCA(Radio Corporation of America)가 전전자식(全電子式)을 제창, 그후 오랜 논쟁 끝에 이 RCA방식이 대세를 제압하였다. 그리고 1953년에 컬러 텔레비전과 흑백 텔레비전을 양립시키는 방식이 결정되어 NTSC방식(National Television System Committee)이 표준방식으로서 채용되었다.

색채

色彩

우리들 주위에는 여러 가지 색이 있다. 이들의 색채는 물체의 반사광 또는 투과광(透過光)의 차이에 의하여 생긴 것이다. 그러나 실제에는 어떤 색이라도 적색·녹색·청색의 3가지 색광을 적당히 혼합함으로써 만들어 낼 수가 있다. 이 3가지 색을 빛의 3원색이라 하고, 이러한 색채의 재현 방법을 가법혼색(加法混色)이라고 한다. 컬러 텔레비전의 색채 재현에 쓰이는 것도 이 가법혼색의 방법이다.

컬러 텔레비전의 방식

color television－方式

컬러 텔레비전에서 가법혼색에 의한 색채 재현을 꾀하려면, ① 같은 점에서 동시에 발광시킨다. ② 육안으로 식별할 수 없을 정도로 빠르게 각각의 색으로 차례차례 발광시킨다. ③ 각각의 발광을 육안으로 구별할 수 없을 정도로 작은 점 또는 선으로 하여 배열하는 등의 세가지 방법이 생각된다.

컬러 텔레비전은 처음에 CBS방식이 ①의 방법을 썼으나 RCA의 컬러 브라운관에서는 ②의 방법을 쓰고 있다.

어쨌든 컬러 텔레비전에서는 먼저 상을 3원색으로 분해하고, 광전변환에 의하여 각각의 색에 대하여 전기신호를 만든다. 이 세가지의 색신호를 보내려면 각각에 전송선로를 준비하여 동시에 보내는 병렬방식(竝列方式)과 3가지의 색신호를 일정한 약속에 따라서 순차 전환하여 보내는 축차방식(逐次方式)이 있다(〔그림〕－42). 이 축차방식을 이용한 것이 CBS방식이다. 〔그림〕－43은 CBS방식의 원리를 보인 것이다. 흑백 텔레비전용 카메라의 렌즈 전면에 3원색으로 된 원판이 있고, 이것이 고속도로 회전한다. 이것으로 카메라로부터는 3원색의 색신호가 차례로 송출된다.

수상기 쪽에서도 브라운관 앞에서 커다란 3원색의 색필터(色 filter)를 회전시킨다. 이 회전수는 카메라측과 정확하게 같고, 더욱이 카메라의 렌즈 앞에, 예를 들면 적색이 오는 순간 수상기측에서도 적색이 오도록 한다. 즉 동기(同期)시켜 두면 브라운관의 화상은 흑백이라도 색필터를 통하여 봄으로써 색채가 있는 화상이 된다.

이 방식은 필터가 전동기(電動機)에 의하여 회전하므로 소음을 낸다는 것, 수상기가 커진다는 것, 컬러 방송을 흑백 수상기로 수상할 수 없다는 것 등의 결점이 있어 현재는 거의 쓰이지 않고 있다.

RCA에서는 RCA사가 특히 컬러용으로 개발한 〔그림〕－44의 c와 같은 브라운관을 사용한다.

색의 가법혼색에서는 반드시 하나의 점을 3색광으로 동시에 비칠 필요는 없다. 각각의 색의 빛을 육안으로 볼 수 없을 만큼 작은 점으로 배열하여도 된다. 이와 같이 하여 이 수상관의 형광면은 3원색의 발광을 하는 3종의 형광점(螢光點)이 조합되어서 만들어져 있다.

형광점의 크기는 21inch의 브라운관일 경우 직경 0.4㎜, 중심간 거리가 0.7㎜라는 치수로 되어 있다. 이 형광면의 안쪽에 전자류(電子流)가 통과할 수 있는 작은 구멍이 뚫린 동박(銅箔)의 전극이 있다. 이것을 섀도 마스크(shadowmask)라고 하며, 구멍은 3원색의 3개의 형광점에 대하여 하나의 비율로, 21inch의 브라우관일 경우는 총계 36만개에 이르고 있다.

전자총(電子銃)도 3개 있으며, 예를 들면 녹색의 신호를 받아서 녹색의 전자총에서 전자가 방출되면, 이 전자는 섀도 마스크의 구멍을 빠져 나와서 녹색의 형광체를 자극하여 녹색의 빛을 낸다. 3개의 전자총으로 일제히 전자가 방출되면 스크린은 희게 보이게 된다. 그러나 전자빔이 잘못되어 옆을 두드리면 색이 달라진다든지 한다.

이 조정은 매우 까다로우며, 지자기(地磁氣)의 영향으로 전자의 궤도가 벗어난다든지 하는 일도 있으며, 수상기는 일단 조정하면 그 후는 위치를 바꾸지 않도록 한다.

이 밖에 형광체가 수직 방향으로 달리는 가는 띠모양의 것이 있다. 이것을 크로마트론 방식이라고 한다. RCA방식의 브라운관에서는 3개의 전자총이 있으나 이것을 하나의 전자총을 갖는다.

수직방향으로 달리고 있는 형광체 앞에 나란히 처진 가는 선의 전환 그리드(grid)가 있어서 여기에 걸리는 전압으로 형광면의 적색·녹색·청색의 어느 쪽에 빔을 댈 것인가를 정하고 있다.

이 방식은 RCA방식과 마찬가지로 전자총을 3개로 하여 전환 그리드를 섀도 마스크 대신 사용할 수도 있다.

크로마트론방식의 색의 전환 그리드 대신에 애퍼처 그릴(aperture grill)이라는 것으로 바꾸어 놓은 트리니트론 방식이라는 것으로, 일본에서 개발되었다.

이 방식에서는 전자총은 하나이나, 빔은 3개를 방출한다. 이 전자빔은 수평으로 일렬로 배열되어 있어, RCA방식에서 받는 것과 같은 지자기(地磁氣)에 의한 벗어남이 적다. 새로 붙여진 애퍼튜어 그릴에서는 섀도우 마스크에 비해서 전자가 통과하는 면적이 넓고, 화상이 밝다는 것이 특징이다. 전자빔을 편향시키는 데 필요한 전력이 적어지고 트랜지스터화하기도 쉽다.

컬러 수상관의 문제의 하나는 형광체이다. 청색과 녹색의 형광체에 대해서는 꽤 밝은 것이 얻어지고 있으나 적색에 대해서는 밝은 것을 얻기가 어려워서 깨끗한 적색의 재현에 문제가 있었다. 그러나 1964년에 이트륨(Y)의 화합물에 희토류(稀土類) 원소를 가한 새로운 형광체가 개발되어 깨끗하고 밝은 적색의 방광이 가능하게 되었다.

NTSC 방식

－方式

NTSC란 1940년 이후 미국에서 컬러 텔레비전의 표준방식의 연구를 맡게 된 전국 텔레비전 조직위원회(National Television System Committee)를 말하는 것이다. 이 위원회에서 채용한 방식을 NTSC방식이라고 하며 우리나나라에서도 이 방식을 쓰고 있다.

NTSC방식의 색신호의 전송은 병렬방식인데, 3개의 전송로를 흑백 텔레비전의 경우와 마찬가지로 6㎒의 대역 내에 포함시키고 있다. 또 이 방식은 컬러 방송을 흑백 텔레비전으로도 수상할 수 있다는 특징(이것을 양립성이라고 한다)이 있다.

〔그림〕－45를 따라 NTSC방식이 어떻게 구성되어 있는가를 알아보기로 하자. 화상은 3색으로 분해되어 각각 3개의 촬상관에 의해서 전기신호로 변환된다.

여기에는 거울의 조합이 쓰인다. 제1의 거울은 적색 성분만을 반사하고 제2의 거울은 녹색성분을 통과시키고 청색성분을 반사한다. 이것을 다이크로익 미러라고 한다. 3원색으로 분해된 색신호는 그대로 보내지는 것이 아니라, ① 3개의 신호를 다시 한번 합쳐서 화상 각점의 밝기를 나타내는 신호로 한 '휘도신호(輝度信號)' Y, ② 3색의 신호의 세기를 비교하여 화상 각부의 색을 나타내는 신호로 한 '색신호(色信號)' I·Q의 셋으로 변환된 다음 발사된다.

이 중 휘도신호는 흑백 텔레비전의 신호와 같은 것이다. 컬러방송이라도 흑백수상기로 수상되고, 또 흑백방송을 컬러수상기로 수상할 수 있는, 즉 양립성이 있는 것은 이 신호가 있기 때문이다. 이와 같이 3개의 색신호를 그대로 내보내지 않는 것은 이 양립성을 얻기 위한 것과 주파수대역폭(周波數帶域幅)을 절약하기 위해서이다.

이미 설명한 바와 같이 양립성을 갖게 하는 것을 먼저 생각하고, 휘도신호의 Y는 흑백 텔레비전과 똑같은 방법으로 보낸다. 아울러 색차(色差)에 대하여 시력의 비교적 높은 오렌지색과 청록색의 색변화를 나타내는 신호 I와 그다지 높지 않은 황색과 보라색의 색변화분을 나타내는 신호 Q를 내보내지 않으면 안 된다.

이 때문에 I와 Q에는 3.58㎒의 부반송파(副搬送波)를 사용함으로써 Y신호와 함께 6㎒의 반송파 속에 포함시켜 보내게 된다(〔그림〕－46). 컬러수상에서는 Y·I·Q의 3신호를 3원색의 신호로 변환한 다음 3색 브라운관의 3개의 전자총을 제어하게 된다.

텔레비전의 전파

( television－電波)    우리나라의 텔레비전 방송에는 54~216㎒의 초단파(VHF)대에 12의 채널이 있다. 주파수를 VHF대로 잡으면 12개의 채널(〔표〕－3)에는 할 수 없는데, 만일 방송국이 더욱 증가된다면 혼신을 일으킬 우려가 있다. 여기서 보다 더 높은 주파수의 것을 사용하면 더 많은 채널을 얻을 수 있어 더욱 많은 방송국을 설치할 수 있다. 어느 경우나 점유주파수 대역폭은 6㎒로 되어 있다.
 

〔표〕-3  채널의 할당
채널	주파수(MHz)	채널	주파수(MHz)	채널	주파수(MHz)
2 3 4 5	54∼60 60∼66 66∼72 76∼82	6 7 8 9	82∼88 174∼180 180∼186 186∼192	10 11 12 13	192∼198 198∼204 204∼210 210∼216

신호전류와 반송파

信號電流－搬送波

텔레비전 화면의 회소수(繪素數)를 약 36만개로 하고, 이 회소가 하나 건너 흑·백으로 되어 있다면 이것을 주사하여 나오는 신호전류는 1초간에 18만회 극성을 바꾸는 전류, 즉 주파수 18만㎐(180㎑)의 전류가 된다.

텔레비전에서는 이 화면을 매초 30토막 보내므로 신호전류의 주파수는 180㎑의 30배, 즉 5.4㎒나 된다. 실제에는 수상기로 이만한 회소를 식별할 수 없으므로 이것을 4.5㎒로 하고 있는데, 텔레비전 방송이 반송파(電波)로서 수십㎒ 이상의 높은 주파수의 전파를 사용하는 것은 이 때문이다.

지금 이 신호전류로 반송파를 진폭변조하면 그 파는 반송파를 중심으로 상하에 4.5㎒, 도합 9㎒로 벌어지게 된다. 이 벌어진 부분을 상하측파대(上下側波帶)라고 한다.

이 측파대의 모양은 상하 대칭이며, 각각 동일 내용의 신호를 포함하고 있다. 즉 상하 어느 한쪽만을 송신하여도 원래의 화상을 재현할 수가 있다. 이 때문에 텔레비전 방송에서는 채널의 수를 증가시키기 위해 필터(filter)를 써서 하측파대의 일부를 잘라내 점유하는 대역폭을 6㎒로 억제하고 있다(〔그림〕－46). 이 경우 음성을 보내는 반송파의 주파수는 이 영상신호의 상단, 즉 영상반송파(映像搬送波)보다 4.5㎒ 높은 곳에 잡고 있다. 음성 쪽은 주파수변조이다.

텔레비전의 전파와 중계

television－電波－中繼

텔레비전의 전파는 빛과 같이 곧게 진행하는 성질을 가지고 있다. 이 때문에 보통은 방송국으로부터 직시거리(直視距離) 내에서만 수신이 된다. 그러나 이 성질은 반면에 지리적으로 떨어져 있다면 둘 이상의 지역에서 같은 채널을 쓸 수 있다. 실제 같은 채널 번호라도 지방에 따라서 국이 다르다. 이 점 중파(中波)나 단파의 라디오 방송의 경우와 크게 다르다. 라디오의 경우는 야간에 특히 전파가 잘 퍼지므로 날이 저물면 웬만한 라디오로도 해외의 단파 방송을 들을 수가 있다.

이러한 성질이 있기 때문에 텔레비전 방송국에서는 송신 안테나를 되도록 높게 하여 수신(受信)이 가능한 지역(service area)을 되도록 넓게 하도록 하고 있다. 그러나 산의 그늘과 같은 곳에는 전파가 전해지지 못하여 수신이 어렵게 된다. 이러한 경우 전파가 물체에 닿아서 반사하는 성질을 이용하여 산정에 반사기(反射器)를 설치하여 산 밑의 가정에도 전파를 보낸다든지 한다. 일부 도시에서는 건물 등에서 반사된 전파가 함께 수신되어서 상이 2중, 3중으로 되어 보기 흉하게 되는 경우가 있다. 이것은 반사파 쪽이 퍼져오는 거리가 길어 직접파에 비하여 수신의 시간이 늦기 때문이다.

텔레비전 방송국의 구성

television 放送局－構成

스튜디오(studio)는 라디오와 달라서 실제로 연기를 해야 하기 때문에 그만큼 넓을 필요가 있고, 더욱이 음향효과, 조명(照明)을 위한 설비가 필요하게 된다. 조명관계의 설비는 적지 않은 양이 된다.

밝기를 연속적으로 조정하고, 자동적으로 컨트롤하는 기기 등이 있는데 컬러 텔레비전일 경우는 광원의 성질이 색채효과에 크게 영향을 미치므로 어려운 문제가 있다.

카메라에서 송신기까지

camera－送信機－

스튜디오에는 조정실(調整室)이 부속되어 있다. 스튜디오 내에 있는 여러 대의 카메라로부터의 화상을 재현하고, 방송으로서 내보내는 믹싱(mixing)을 한다든지 비디오 테이프 레코더(VTR)에 기록하고 재생하기 위한 여러 가지 설비가 있다. 이러한 조정실을 부조정실(副調整室)이라고 한다. 스튜디오 내의 움직임은 유리창을 통하여 볼 수가 있다.

스튜디오에서는 카메라가 적어도 2대 이상이 필요하다. 드라마 방송과 같은 경우는 보통 2대의 카메라로 하나의 장면을 쫓아 그것을 교대로 전파에 싣는다. 또 하나의 카메라는 다음의 광경을 포착할 준비에 쓰인다.

카메라는 대형의 것이며 바퀴가 달려 있어서 부드럽게 이동할 수 있게 되어 있다. 카메라에는 앞에서 설명한 이미지 오시콘(image orthicon)을 사용한 것이 중심이나 비디콘(vidicon)을 사용하는 경우도 있다.

방송국에서는 생방송뿐만 아니라 일단 테이프 레코더에 녹화하여 편집한 것, 또는 필름에 담아서 편집한 것을 흘리는 경우도 많다. 이 때문에 VTR·브라운관의 상을 필름에 담는 기록장치·필름송상기, 또 자막용의 슬라이드를 내보내는 텔롭(telop) 송출장치 등도 필요하다.

텔레비전 영화를 방송할 경우 영화관과 같이 어두운 곳이 아니고 밝은 곳에 둔 수상기로 수상을 하므로 그것을 고려하여 콘트라스트 등을 조정하고 있다.

텔레비전 방송에서는 또 화면의 효과를 올리기 위하여 여러 가지 화면의 전환기술이나 화면을 둘 이상 조합시키는 기술, 즉 몽타주, 화면의 일부에 커머셜(commercial)을 삽입하는 기술이 개발되었다.

이들의 기기는 주조정실에 갖추어져 있다. 주조정실(主調整室)은 방송국의 심장부가 되는 곳으로, 각 부조정실·VTR·필름 송상실·국외중계차 등으로부터의 프로그램이 모여져서 이것을 프로그램의 스케줄(schedule)에 따라 차례로 전환하여 송신기에 보낸다.

공업용 텔레비전

工業用 television

텔레비전은 사람의 시각(視覺)을 먼 곳에까지 확대한 것이며, 이 특질은 방송 이외에도 산업·상업·교육 또는 학술연구에 널리 응용되고 있다. 이와 같은 목적으로 이용되는 텔레비전을 공업용 텔레비전(ITV)이라고 한다.

ITV에서는 보통 텔레비전 카메라의 출력신호를 케이블을 통하여 멀리 떨어진 지점에 전송하고, 거기서 화상을 재현하고 있다. 이것을 폐회로(閉回路) 텔레비전이라고도 한다. 물론 카메라의 출력을 전파에 실어서 내보내도 되나 이것은 당국의 전파할당을 받을 필요가 있다.

공업용 텔레비전의 이용

工業用 television－利用

발전소 댐의 감시용으로서의 예를 들면, 댐의 물을 끌어들이는 곳에 텔레비전 카메라와 조명용의 광원이 있고, 발전소의 감시실에서 이 카메라를 원격조작(遠隔操作)으로 움직여서 수위를 감시할 수 있게 되어 있다. 이렇게 함으로써 비가 오거나 눈이 내려도 실내에서 수위를 알 수 있다.

화력발전소에서도 공업용 텔레비전이 쓰인다. 그 일례는 보일러 내의 연소상태의 감시로, 그와 같이 온도가 높아 접근하기 어려운 곳이라도 자세하게 감시할 수가 있다.

기계의 내부나 뒤쪽, 직접 육안으로 볼 수 없는 좁은 장소의 관찰이나 감시, X선 텔레비전을 비롯하여 복강경(腹腔鏡), 위경(胃鏡) 등 의학에의 응용, 나아가서 교육, 교통관제 등에의 응용 등 많은 인원에 대한 동시관찰 등은 공업용 텔레비전만이 갖는 특기할 만한 응용이다.

은행의 창구에서는 손님이 모르는 곳에 공업용 텔레비전을 설치하여 수표 등의 서명(sign)을 조합(照合)하면 거래가 확실할 뿐만 아니라 신속화되어서 서비스가 향상된다. 이 밖에도 여러 가지의 응용이 생각되는데 공업용 텔레비전은 측정기라고 하기보다는 감시장치(監視裝置)이다.

공업용 텔레비전과는 조금 뜻을 달리하지만 화상전화도 실용되고 있다. 이야기를 하면서 상대의 표정의 움직임을 볼 수 있으므로 단순한 전화보다도 복잡한 정보를 보낼 수 있다.

신호의 기록과 재생

레코드의 녹음

record－錄音

기계적 녹음 機械的錄音

에디슨(T. A. Edison, 1847-1931)은 1879년에 소리를 기계진동으로 바꾸어 이 진동에 응해서 주석박에 홈을 파서 소리를 기록하였다. 이것은 10년 후인 1887년에 소리를 더욱 충실하고 용이하게 기록할 수 있는 납관을 사용한 납관식 축음기로 개량되었다. 초기의 녹음에서는 소리를 기계적 진동으로 바꾸어 이 진동을 녹음침에 전하여 레코드에 홈을 팠다. 재생은 이 레코드의 홈에 바늘을 대서 기계적 진동을 얻어 이것을 진동판에 전하였다.

전기적 녹음

電氣的錄音

위와 같은 기계적 방법은 뒤이어

전기적 녹음방식으로 바뀌었다. 전기적 녹음방식이라는 것은 마이크로폰으로 소리를 받아 전기신호로 바꾸어 이것으로 녹음침을 구동시키는 방법이다. 소리를 재생할 때는 픽업을 사용해 재생침의 기계적 진동을 전기신호로 바꾼다. 이것을 증폭하여 스피커를 울리는 방법이 쓰인다. 이 소리를 재생하는 기계를

전기축음기(電氣蓄音機：電蓄)라고 한다.

전기적 녹음방식에서는 회로를 개량해 기계 부분의 진동의 버릇, 즉 기계소자의 특성상의 결점을 전기적으로 보상하고 제어할 수가 있다.

레코드의 취입과 복제

record－吹入－複製

레코드의 취입은 주로 스튜디오에서 행하여진다. 마이크로폰이나 증폭기를 준비하고, 이것으로 증폭된 전기신호로 사파이어의 녹음침(cutter)을 진동시켜 납반이나 라카반의 표면에 진동에 의한 홈을 판다.

녹음된 라카반의 표면에 흑연을 칠하여 도전성(導電性)을 갖게 하고, 그 위에 은 도금을 한다. 라카반을 벗기면 홈이 찍힌 은박을 볼 수 있다. 이대로는 약하므로 보강을 위하여 니켈 도금을 하는데 이것을 녹음의 제1원반(master)이라고 한다.

대량 생산을 하려면 더 많은 원반이 복제된다. 먼저 마스터의 표면에 이탈제(離脫劑)를 칠하고 그 위에 니켈 도금을 한다. 이것을 벗긴 제2원반(mother)이라고 한다. 이 제2원반에 다시 니켈 도금을 하여 그것을 벗겨서 표면에 크롬 도금을 한다. 이것이 제3원반이며 스템퍼라고 한다. 이 스템퍼를 앞뒤 두 장 준비하여 가열한 원재료를 눌러서 가열하면 레코드가 된다(〔그림〕－47).

SP와 LP

레코드는 오랫동안 1분간 78회전을 기준으로 해 왔다. 이 레코드를 SP(standard playing)레코드라고 한다.

  SP레코드는 세라믹이 주재료이었으나 그 후 합성수지(合成樹脂)가 진보하여 경질 비닐이 개발되었다. 이에 의하여 아주 좁은 홈을 팔 수 있게 되고, 회전수도 매분 45회전, 회전으로 느리게 되었다. 이러한 종류의 것을 LP(long playing)레코드라고 한다.

  SP레코드에서는 잡음 때문에 취입할 때의 주파수를 50??6,000㎐로 한정하였으나 LP레코드에서는 30??1만 5,000㎐라는 광범위한 녹음이 가능하다.

  또한 SP레코드에는 음의 주파수에 관계없이 녹음침의 진행속도가 일정하게 되도록 녹음된다. 지금 음의 주파수를 f, 진폭을 a라 하면 바늘의 속도는 2πfa가 된다. SP레코드는 종래의 사운드 박스식 축음기를 대상으로 하여 만들어져 있으므로 바늘의 속도를 일정하게 하지 않으면 넓은 음역에서 일정한 세기의 음이 나오지 않는다. 이 방식을 정속도녹음(定速度錄音)이라고 한다. 그러나 이 방식은 2πfa가 일정하다는 것으로 알 수 있듯이 주파수 f가 낮을수록 홈은 진폭 a가 커진다.

  이 때문에 레코드 홈과 홈의 간격은 저주파의 진폭으로 눌려 버린다. 반대로 주파수가 높은 곳에서는 사용되지 않는 부분이 많아지게 된다. 여기서 녹음할 때 저음을 어느 정도 희생하여 500㎐ 이하에서는 진폭을 일정하게 한다. 그렇게 하여도 30㎝의 레코드로 한쪽면 4∼5분 정도의 녹음밖에는 할 수 없다.

  이에 대하여 LP레코드에서는 전기축음기를 사용하므로 일정한 진폭으로 녹음이 가능하게 된다. 더욱이 바늘의 잡음이 적어지므로 녹음의 주파수 범위는 앞에서 설명한 바와 같이 30∼15,000㎐로 넓어진다. 그러나 일정한 진폭의 녹음이므로 저주파의 재생출력은 대단히 작아진다. 이 때문에 증폭기로서 보상하여 저주파 부분을 늘리고 있다.

레코드의 재생

record－再生

레코드에서 음을 재생하기 위해서는 녹음 홈을 쫓는 바늘과 그 진동을 전기신호로 바꾸는 픽업(pick up)이 필요하게 된다.

바늘

말할 것도 없이 바늘은 레코드의 홈을 충실하게 쫓아서 기계적 진동을 얻어내기 위한 것이다. SP레코드에서는 강철바늘 또는 대바늘이 사용되었다. 바늘 끝이 마모되므로 강철바늘이라도 1회마다 바꾸지 않으면 안 되고 대바늘의 경우는 1회마다 커터를 잘라서 끝의 모양을 손질하지 않으면 안 되었다. 그러나 최근에는 반복하여 사용할 수 있는 사파이어를 사용한 내구침(耐久針)이 쓰이고 있다.

LP레코드의 경우에는 아주 적은 침압(針壓)으로 좁은 홈에 잘 따르는 것이 필요하다. 이 때문에 사파이어 또는 다이아몬드의 바늘이 쓰인다. 다이아몬드 바늘은 약 400-800매의 레코드에 견디고, 사피이어일 경우는 그의 수십분의 1이라고 한다.

픽업

pick up

바늘·카트리지(cartridge), 그리고 이것을 받치는 톤 암(tone arm)으로 구성되어 있다.

카트리지는 바늘의 진동을 전기신호로 변환하는 기계－전기변환소자로 되어 있으며, 그들의 종류에 따라서 여러 가지의 것이 있다.

변환에 자계를 이용하는 것으로는 전자형과 동전형이 있다.

전자형(電磁型)은 자계 속에 둔 쇳조각을 진동시켜 코일로부터 기전력을 얻는 것으로, SP레코드 시대에 널리 사용되었다. 그러나 성능이 충분하지 못하므로 LP, 특히 스테레오(stereo)시대가 되고서부터 사용되지 않게 되었다.

동전형에서는 가동 코일이 영구자석의 자계와 직교하도록 두어지고, 이것이 바늘의 진동과 더불어 진동한다(〔그림〕－48의 a). 이 때 코일에 교차하는 자속이 변화해 코일에 기전력(起電力)이 발생한다. 이 경우 〔그림〕－47와 같이 철심을 넣는 편이 감도가 좋다. 이 형은 성능이 좋아서 고급의 플레이어(player)에 사용되고 있다. 중급 또는 그 이하의 것에서는 〔그림〕－48의 b와 같은 크리스털 픽업(crystal pick up)이 사용된다. 이것은 기계－전기변용하는데 결정(crystal의 壓電效果：piezo 效果)을 이용한 것이다.

크리스털로서는 로셸염(rochell 鹽)이라고 하는 인공의 결정이 널리 쓰이고 있다.

이 밖에 최근에는 반도체 카트리지도 쓰이기 시작하였다. 이것은 기계적 진동으로 반도체의 저항이 변화하는 성질을 응용한 것이다(〔그림〕－48의 c).

크리스털 픽업은 출력전압은 크나 크리스털의 임피던스가 높고, 사용상 까다로운 점이 있다. 이에 대하여 동전형은 임피던스는 낮으나 출력은 그다지 크지 않다. 한편 반도체 카트리지는 임피던스가 낮고 더욱이 출력이 매우 크다는 이점을 가지고 있다.

어쨌든 픽업은 주파수 특성이 좋다는 것, 스테레오의 경우 좌우의 분리도가 좋고, 감도차가 적다는 것, 침압이 적당한 값(1-5g)이라는 것이 큰 특징이다.

콤팩트디스크(CD)

compact disc

음악의 녹음 재생을 위해 음성신호를 고속으로 디지털로 변환하여 녹음한 후 재생시에 음성신호로 고치는 펄스신호변조(PCM) 방식을 사용하여 만든 음반. 지름 12㎝ 디스크에 미세한 홈을 형성한 후 레이저 빔을 이용하여 홈에 저장된 신호를 검출 재생하는 장치로서 흔히 줄여서 CD라고 한다.

재생 방법은 레이저 광선에 의해 비접촉식으로 이루어지기 때문에 잡음이 적고 음질은 우수하나 기록할 수 없는 단점이 있다. 현재 기록 가능한 CD가 개발되고 있다. 프로토타입 플레이어는 1977년, 1979년 필립스사(社)와 소니사에

의해

제작되었으며,

1982년

첫

제품이

시장에

나왔다.

최근 계속 발표되는 CD-ROM(CD-Read Only Memory：주로 PC의 보조 메모리로 사용됨), CD-I(CD-Interactive：CD를 매체로 한 영상기기의 표준으로서 일반 PC와는 상관없이 독자적으로 사용) 등과 구분하기 위하여 특별히 음악용 CD를 CD-DA(CD-Digital Audio)라고 한정지어 부른다.

스테레오 녹음

stereophonic 錄音

사람에게는 귀가 둘 있다. 이 때문에 음을 들을 때 오른쪽으로부터 들린다든지 왼쪽으로부터 들린다든지 하여 음의 입체감(立體感)을 얻고 있다. 이 입체감은 음악회에서 생생한 음악을 듣는다든지 극장에서 연극을 감상한다든지 할 때 음악·연극에서 받는 감명에 중요한 역할을 하고 있다. 여기서 이와 같은 입체감을 가진 방송·녹음에 관심을 같게 되었다.

방송에서는 제1방송과 제2방송을 동시에 써서 스테레오 방송이 행하여지기도 하였다. FM방송에서는 하나의 전파에 오른쪽과 왼쪽의 두 음을 실어서 스테레오 방송을 하고 있다. 또한 스테레오는 스테레오포닉(stereophonic)을 줄인 말이다. 여기에 대해 종래의 단일의 것은 모노럴(monoral)이라고 한다.

스테레오 녹음은 1930년대부터 연구되어 왔다. 현재에는 레코드에 의한 것과 위에서 설명하는 자기녹음(磁氣錄音)의 2가지가 있다.

다음에 레코드에 의한 스테레오녹음에 대해 설명하겠다.

〔그림〕－50은 스테레오 녹음과 재생의 원리를 보인 것이다. 좌우 2개의 마이크로폰을 준비하고 각각의 출력을 증폭하여 커터의 바늘에 전한다. 레코드의 홈은 신호가 없을 때는 〔그림〕－49와 같이 정각(頂角)이 90°인 이등변삼각형의 모양을 하고 있다.

그런데 모노럴의 레코드에서는 일정한 홈이 좌우로 사행(蛇行)하여 녹음되어 있는데 스테레오의 경우는 홈의 왼쪽 반과 오른쪽 반의 모양이 달라진다. 이로써 하나의 홈 속에 좌우 2개의 신호가 기록된다. 구체적으로는 〔그림〕－50과 같이 45°씩 기울어진 홈의 측벽(側壁)에 좌우 2계통의 신호가 기록된다. 이와 같은 방식을 45／45 스테레오 방식이라고 한다.

스테레오 레코드를 재생하는 픽업은 하나의 바늘에서 각각 45°씩 기울어진 축 끝에 2개의 진동자(振動子)를 가지고 있다.

바늘 자신은 홈의 모양에 따라서 복잡한 진동을 하는데 진동자는 바늘의 진동 중 그 진동자와 직각 방향인 진동성분에만 느낀다. 여기서 각각 좌우의 신호가 분리되어 전기 신호로 변환되어 증폭기(增幅器)에 보내진다(〔그림〕－50).

증폭기는 좌우 2신호에 대응하여 2개 있으며, 각각 스피커를 구동한다.

이 2개의 스피커를 적당히 떼어 놓고, 이 2스피커로부터 등거리의 위치에서 들으면 입체감 있는 음악을 들을 수가 있다. 2개의 스피커를 하나의 캐비닛 속에 넣는 경우도 있으나 이 경우는 스피커의 간격을 충분히 떼어 놓을 수가 없다.

따라서 고급 스테레오는 대부분이 증폭기와 스피커를 분리한 세퍼레이트식으로 되어 있다.

자기녹음

磁氣錄音

음성을 마이크로폰으로 전류로 바꾸어 이것을 자석에 감은 코일에 흘려서 가까이에 둔 자성체(磁性體)에 자화(磁化)의 변화로서 기록하는 것을 자기녹음이라고 한다. 자기녹음이 처음으로 생각된 것은 1898년으로, 덴마크의 포울센(V.Poulsen, 1869-1942)에 의해서인데 실용된 것은 1930년대의 후반의 일이다. 다루기 쉬운 점에서 뒤에서 설명하는 토키의 광학녹음(光學錄音)·레코드의 원반녹음(圓盤錄音)과 더불어 발전하고, 현재에는 이들보다도 널리 쓰이고 있다.

처음에는 자성체로서 피아노선이 사용되었으나 제2차 대전 후는 자기테이프(磁氣 tape)로 바뀌었다.

자기녹음의 원리

磁氣錄音－原理

위와 같이 녹음용의 자성체에 밀착시켜 작은 틈이 있는 자심(磁心)을 둔다. 이 자심에는 코일이 감겨 있으며, 거기에 녹음하려는 신호전류를 흘린다. 이 자심을 녹음헤드(錄音 head)라고 한다.

녹음헤드를 흐르는 전류로 자성체는 자화된다. 이 때 자화되는 폭은 헤드의 틈의 폭과 거의 같다(〔그림〕－51). 그러나 일반적으로 가한 자장(磁場)의 세기 H와 그에 의하여 자화된 자장의 세기 B의 관계는 직선이 아니고 〔그림〕－52의 c와 같은 곡선(磁化曲線)으로 된다. 따라서 전류가 정현파라도 녹음파형은 정현파로 되지 않는다.

여기서 신호전류와 함께 직선전류를 흘려서 H0라는 자장을 가하여 자화곡선의 직선 부분에서 동작시키면 녹음파형과 신호파형을 일치시킬 수가 있다. 이와 같이 동작의 기점을 벗어나게 하는 것을 바이어스(bias)를 건다고 하며, 이 경우 바이어스를 거는 데 직류전류를 쓰고 있으므로 직류 바이어스법이라고 부른다.

이에 대하여 〔그림〕－52의 d와 같이 신호전류와 함께 30-100㎑의 고주파전류를 흘려 주는 방법을 교류 바이어스법이라고 한다. 이 경우는 신호전류의 플러스의 반사이클인 동안은 그림의 P1Q1 사이의 직선 부분에서 동작하고 마이너스의 반사이클인 동안은 P2Q2의 직선 부분에서 동작한다.

이 방법은 1938년에 일본에서 발명된 것으로 신호가 없는 때의 바이어스전류에 의한 전류자기(電流磁氣)가 적고 잡음도 적다는 특징이 있다. 이 때문에 현재는 대부분의 테이프 리코더(tape recorder)에 이 방법이 쓰인다.

자기녹음의 재생과 소거

磁氣錄音－再生－消去

녹음된 자성체(tape)를 재생헤드에 접촉시키면서 이동시키면 자성체의 표면의 자속이 재생헤드의 코일과 교좌하여 코일에 기전력을 발생한다. 이것을 증폭하여 스피커를 울리면 음이 재생된다.

이 경우 녹음 테이프는 녹음할 때와 같은 속도로 주행시키지 않으면 안 된다. 그러나 속도를 일정하게 해도 헤드의 기전력은 신호전류의 주파수에 비례하므로 저주파에서의 출력이 작아진다. 따라서 증폭기(增幅器)에는 이것을 보상하는 주파수 특성을 갖게 한다. 또한 스위치의 전환으로 녹음헤드가 그대로 재생헤드를 겸용하는 경우가 많다.

녹음 내용이 필요없게 되었으면 이것을 지우고 테이프를 다시 사용할 수가 있다.

소거헤드에는 30-80㎑의 고주파전류를 흘려 둔다. 이 헤드에 접촉시키면서 테이프를 이동시키면 자화상태가 점차 약해져서 결국에는 소거되어 버리고 만다.

녹음 테이프

錄音 tape

50μ가량 두께의 아세테이트·비닐·폴리에스테르 등의 테이프에 보자력(保磁力)이 큰 흑색의 산화철(Fe3O4), 또는 잔류자기가 큰 적갈색의 산화철(γ－Fe2O3)을 1μ가량의 분말로 하여 10-15μ 정도의 두께로 칠한 것이 쓰인다.

테이프 리코더

tape recorder

〔그림〕－54와 같은 시스템을 테이프 리코더라고 한다. 라디오 방송의 프로그램은 현재 대부분 녹음 테이프로 만들어지고 편집한 다음 방송되고 있다. 레코드회사에서도 음악을 먼저 녹음하고 이것으로 원반에 홈을 판다.

여기에 쓰이고 있는 녹음기는 모두 우수한 특성을 가진 정교한 것이다. 특히 주파수특성(周波數特性)에 대한 요구가 까다로운데 테이프 속도를 19㎝／sec로 하면 40-16,000㎐의 범위이므로 문제는 없다. 일반 가정용의 어학의 연습용으로서 또는 스테레오 테이프에 의한 음악감상용에 사용되고 있다.

학습용의 것은 소형이고 다루기 쉬워야 한다. 이 때문에 테이프의 속도를 느리게 하여 녹음량을 늘린다든가 값싸게 만드는 데 노력하고 있다.스테레오 테이프는 녹음 트랙(track)을 둘 쓰고 있다. 따라서 기구적으로 레코드보다 단순하다. 테이프 특성이 점차 개선되고 있으므로 앞으로는 더욱 보급될 것으로 보인다. 또 레코드는 진동이 심한 승용차 속에서는 쓸 수 없는 데 대하여 자기녹음에는 그러한 제약이 없다.

그런 까닭에 자동차의 카 스테레오로서도 녹음 테이프가 널리 보급되고 있다.

최근에는 또 테이프 교환을 용이하게 하기 위하여 테이프를 카트리지에 넣은 것도 많아졌다. 극히 소형의 것에는 피아노선을 녹음체(錄音體)로 하고, 팔뚝시계 모양의 마이크로폰을 사용하여 30분간의 녹음을 할 수 있는 것도 모두 포켓에 들어갈 수 있는 사이즈이므로 담화의 취재·시장조사·상거래 등에 쓰이고 있다.

마이크로폰

microphone

소리를 테이프·레코드에 녹음하려면 먼저 소리를 전기 신호로 바꾸지 않으면 안 된다. 이를 위하여 쓰이는 것이 마이크로폰이다. 앞에서 설명한 전화의 송화기도 마이크로폰의 하나인데 최근에는 테이프 리코더의 보급으로 취입용의 것을 가진 가정도 많아졌다. 마이크로폰에는 여러 가지 종류의 것이 있다.

탄소 마이크로폰

炭素 microphone

그 원리에 대해서는 앞에서 설명했다. 〔그림〕－53의 경우 진동판으로서는 엷은 운모판(蕓母板)이 쓰이고 있다. 이 운모판이 소리를 받아서 기계적으로 진동하면 속에 있는 탄소가루에 가해지는 힘이 변화하여 탄소가루 사이의 접촉저항 값이 변화한다. 탄소가루에 직류의 전류를 흘려 두고 작동판에 소리를 가하면 탄소가루 사이의 접촉저항의 값의 변화에 따라 전류가 변화하는데 이 변화하는 전류가 곧 신호전류이다.

탄소마이크로폰은 다른 것에 비하여 훨씬 감도가 높으나 잡음이 많고, 더욱이 온도·습도·기압 등의 영향을 받기 쉽고 동작이 안정하지 못하다. 이 때문에 좋은 감도만을 살린 전화의 송화기 이외에는 거의 쓰이지 않게 되었다.

가동코일 마이크로폰

可動 coil microphone

다이내믹 마이크로폰(dynamic microphone)이라고도 하며(〔그림〕－53의 b), 자석의 자극 사이에 코일을 두고, 이것을 알루미늄과 같은 가벼운 진동판에 붙인 것으로, 소리를 받아서 진동판이 진동하면 코일이 자속(磁束)을 끊어서 코일 내의 진동에 응한 전류가 흐른다.

동작이 안정하고 잡음도 적어서 널리 쓰이고 있다. 그러나 주파수가 높아지면 소리가 들어오는 방향에 따라서 감도가 달라진다. 이것을 지향성(指向性)이라고 한다.

콘덴서 마이크로폰

condenser microphone

듀랄루민의 엷은 판으로 된 진동판과 이것과 마주보게 고정된 전극을 두어 콘덴서를 형성시켜 진동판이 진동하면 그 진동에 따라서 용량이 변화한다. 전극간에 200-300V의 직류전압을 가해 두면 회로에는 용량의 변화에 따른 전류가 흐른다. 이것이 신호전류가 된다.

이 형의 마이크로폰은 소형화하기가 쉽고, 동작도 안정하나 다루기가 좀 까다로운데다가 값도 비싸므로 일반에게는 쓰이지 않고 고급의 용도에 한정되어 있다.

크리스털 마이크로폰

crystal microphon

수정(水晶)의 엷은 판에 기계적인 힘이 가해지면 그 힘에 응한 전압이 발생하는 현상을 이용한 것이다. 이 현상을 압전효과(壓電效果) 또는

피에조 효과(piezo 效果)라고 한다. 결정(結晶)으로서는 인공의 로셀염(Rochelle 鹽)이나 티탄산바륨 자기(磁器) 등이 쓰인다(〔그림〕－53의 d). 이러한 종류의 마이크로폰은 소형·경량이고 다루기 쉬우나 성능은 그다지 좋지 않다.

광학녹음

光學錄音

무성영화가 토키(talkie＝talking picture)로 바뀌었을 때부터 쓰이고 있는 것이 광학녹음이며, 필름 화면의 한쪽에 광학적 음성을 기록하는 것이다. 음성을 기록하고 있는 부분의 폭은 2.54㎜이며 사운드 트랙이라고 부르고 있다.

광학녹음의 시스템은 〔그림〕－55와 같다. 먼저 음성을 마이크로폰으로써 전류로 바꾸어 이 전류로 거울을 진동시킨다. 이에 따라서 거울에서 반사되는 광량(光量)이 제어된다. 이와 같이 하여 제어한 광량을 사운드 트랙에 조사(照射)하여 감광시킨다. 이 필름을 화면과 함께 현상·정착하면 광학녹음이 되는 것이다. 재생을 하려면 사운드 트랙을 광원과 광전관 사이를 주행시켜서 광전관에 흐르는 광전류를 증폭하면 된다.

이 경우 화면쪽을 1초간 24토막을 단속적으로 보내고 있다. 따라서 음성을 재생하는 부분에서는 필림이 연속적으로 이동하도록 하지 않으면 안 된다. 이 때문에 음성녹음은 화면보다 20토막 앞에 녹음되어 있다.

광학녹음에는 두가지 방법이 있다. 하나는 농담(濃淡)의 무늬로 기록하는 방식이고, 또 하나는 투명한 부분의 면적을 변화시키는 방식이다. 재생방법은 둘 다 똑같다.

자기녹화

磁氣綠畵

자기테이프에 텔레비전의 화상을 기록하는 것을 자기녹화(磁氣綠畵：video tape recording)라고 한다. 1956년에 미국의 암펙스사(Ampex 社)가 발표한 것이 최초이다. 테이프의 폭은 50㎜나 되는 폭넓은 것을 쓰고, 테이프 속도는 38.1㎝／sec이다. 〔그림〕－56은 VTR의 원리·구성을 보인 것이다. 테이프에 밀착하여 4개의 녹화헤드가 고속도로 회전하고, 이 헤드의 회전과 테이프의 이동으로 테이프에는 지그재그로 기록된다.

이 기록선 1행으로 실제의 TV화상의 주사선의 16줄분이 기록된다. 따라서 32행으로 화상의 1화면을 녹화할 수 있다. 1화면분의 테이프의 길이는 약 13㎜가 된다. 텔레비전의 화상신호(video信號)는 4.5㎒이며, 이것을 AM으로 변조하여 녹화한다. 재생할 때는 이것을 복조하여 화상을 재현하고 있다. 주파수가 높으므로 헤드의 틈은 좁아서 2밖에 안 된다. 또 테이프와 헤드의 밀착이 중요하므로 진공으로 흡착시키고 있는데, 이 때문에 헤드의 소모가 심해져서 수시로 교환하지 않으면 안 된다.