Warum verwenden wir nicht Ultraschall, um das WLAN anstelle von Radiowellen zu verbessern?

Patrick Edwin Moran, arbeitete an der Universität von Pennsylvania

Je mehr Informationen Sie in ein Signal pro Minute erhalten, desto höher ist die Wiedergabetreue. Es ist so etwas wie der Unterschied zwischen der Kommunikation durch Rauchsignale vs. Kommunikation durch die früheste Generation von Telefonen.

Als die Leute anfingen, Schallplatten anzufertigen, waren die Nadeln aus Stahl und sehr gut geeignet, um menschliche Haut zu durchdringen oder die Katze zu kratzen. Die Nadel wurde durch das schwere Gewicht einer mechanischen Membran an einem Arm, der auch eine Art Megaphon enthielt, gegen eine Schellackplatte gehalten. Um überhaupt eine Treue zu erreichen, mussten sie die Schallplatten mit 78 U / min drehen. Das ist einer der Gründe, warum sich die Radiostationen daran gewöhnt haben, 3 Minuten lang Popsongs zu spielen. Als die elektronische Verstärkung kam, wurde die Welt bald von kleineren Schallplatten mit 45 U / min besucht. Sie konnten wegen der Verbesserung der Nadeln langsamer werden und die Verstärkung: Nicht viel später, die Welt graduierte zu hallo-fi, stereophon, Aufzeichnungen, die nur mit 33 U / min bewegt werden mussten.

Vielleicht ein besseres Beispiel wären Tonbandgeräte. Ich arbeitete an Tonaufnahmen einer chinesischen Schauspielerin, die einige berühmte chinesische Geschichten und Theaterstücke lasen. Der Maßstab für Perfektion war damals ein Ampere-Tonbandgerät. High-Fidelity, gut genug für perfekte Sprachwiedergabe konnte bei 30 Zoll pro Sekunde erreicht werden. Schon bald waren die Elektronik und das Band selbst von so hoher Qualität, dass 7 ips der Standard für Bänder war, wie ich sie gemacht habe. Die meiste Zeit nutzten die Leute 3,5 ips, weil das Band teuer war, und indem man langsamer wurde, konnte man auch mehr Musik in eine Bandrolle stopfen. Die Kassettenrekorde, die heute manchmal verwendet werden, gehen mit etwa der Hälfte dieser Geschwindigkeit. Die Bandqualität und die Qualität der Elektronik bedeuten, dass die Qualität für die meisten Zwecke akzeptabel ist.

Wenn Leute AM-Radios machten, benutzten sie viele kleine Wellen, um zusammen zu arbeiten, um ein viel längeres Pulsieren eines metallischen Diaphragmas zu bilden, um eine Schallwelle hinauszuschieben. Ich habe eine schnelle Skizze gemacht, aber ich verzichte darauf, all die kleinen elektromagnetischen Wellen (rot) zu zeichnen, die sich addieren, um den Effekt eines Pulses der Lautsprechermembran zu erzeugen Je näher man an die x-Achse kommt, desto besser ist es, die ideale Kurve der schwarzen Welle zu füllen, die den Schall darstellt. "Stellen Sie sich nun vor, dass Sie elektromagnetische Wellen mit niedrigerer und niedrigerer Frequenz (Radiowellen) verwenden langsamer sein als die Frequenz der Schallwellen, und Sie könnten die Funkwellen nicht zur Kommunikation der Schallwellen verwenden.

Das ist ein Teil des Problems, irgend etwas relativ niedriger Frequenz wie Ultraschall zu verwenden, um eine High-Fidelity-Modellierung einer hörbaren Schallwelle durchzuführen. Ihre Frequenzen sind so nahe, dass die resultierende Schallwelle (wenn die roten Linien nun Ultraschallwellen darstellen) holperig sein (beachte die blauen Kurven).

Dann gibt es das Problem, die Signalwelle weit genug zu bewegen. Kurzwellen-Funkübertragungen können unter den richtigen atmosphärischen Bedingungen um die ganze Welt gehen. Mikrowellen sind auf die Sichtlinie beschränkt. TV-Signale sind ebenfalls auf die Website beschränkt. Dennoch, wenn Sie eine Radiowelle auf den Mond beamen, wird es dorthin gelangen. Die Einschränkungen, die ich erwähnt habe, sind in erster Linie damit verbunden, den Schatten der Erde irgendwie zu umgehen.

Ich bin mir nicht sicher, wie man einen Ultraschallwellenempfänger so konstruieren könnte, dass er einen Lautsprecherkonus vibrieren lässt, um Töne zu erzeugen, indem er irgendwie mit einer ankommenden Schallwelle mit einer höheren Frequenz verbunden wird. Wie niederfrequente Radiowellen (die blauen Linien auf der Karte) ) Es würde unvermeidlich Unebenheiten in der Form der hörbaren Schallwelle geben.

Wenn Sie unter "WLAN" die Übertragung von digitalen Informationen durch Schallwellen verstehen, um einen Computer zu signalisieren, wären die frühen Modems, die mit normalen Telefonhörern verbunden waren, am nächsten, indem Sie das Mobilteil in zwei Löcher im Modem stecken. Ein "Loch" hörte eingehende Geräusche und wandelte sie in Telefonsignale um mit einem entfernten Computer zu "sprechen", und das andere "Loch" enthielt einen radioartigen Lautsprecher, der einen Ton machte, der von dem Kopfhörer des Telefonhörers aufgenommen wurde und an den Computer gesendet.

Diese Geräte waren von Natur aus eine Art von Schlamm. Telefonleitungen waren alles, was Sie hatten, und Telefonkommunikationssysteme sollten Sprache, Musik usw. und keine digitalen Signale übertragen. Alles, was Sie tun konnten, während Sie auf digitale Verbindungen durch spezielle Kommunikationsleitungen warteten, war, dass computererkennbare Signale in viel langsamere Klangvariationen umgewandelt wurden (Hohe Tonhöhe für einen "Ein" -Digitalzustand, Niedrige Tonhöhe für einen "Aus" -Digitalzustand, also "Dee dee dah dah wurde 0 0 1 1). Wenn Sie das also mit Ultraschallsignalen versuchen, die in einem Einkaufszentrum oder einem Schlafsaal herumprallen, hätten Sie ein sehr durcheinander geratenes System mit Echos, Zeitverzögerungen, Geistersignalen usw.

Was alle für maximalen Durchsatz wollen, sind ultraschnelle digitale Signale in Form von extrem kurzen Lichtimpulsen, die über gesponnene Glaslichtleiter geleitet werden. Sie brauchen nicht langsame Schallwellen, die nicht weit gehen können, oder wo Sie wollen, dass Sie gehen, es sei denn, Sie machen das, was sie auf Schiffen vor mehr als einem Jahrhundert getan haben, eine Gummischlauchröhre, die vom Ruder zum Maschinenraum. Der Kapitän schrie in sein Ende der Röhre und die Maschinenmannschaft hatte jemanden, der das andere Ende der Röhre in sein Ohr steckte.

Steve Schäfer

Coder, Teilzeit Physiker, Vogelbeobachter
Beantwortet 9. März 2017 · Autor hat 5.7k Antworten und 3.9m Antworten

Es ist nicht klar, warum Sie denken, Ultraschall wäre besser als Radio, aber das Hauptproblem ist Bandbreite. Wenn wir Wellen verwenden, um Informationen zu übertragen, gibt es zwei Teile der Welle. Erstens gibt es den Träger, der im Wesentlichen der ist. grundlegende "Welle, die wir verwenden. Wir modulieren dann den Träger auf irgendeine Weise, um die Information zu kodieren, die wir übertragen wollen. Es ist theoretisch möglich, Informationen zu übertragen, ohne eine Trägerwelle zu verwenden, aber der Träger macht es viel einfacher, das Signal aus Rauschen oder anderen Störungen herauszusuchen.

Und es ist der Träger, der die Bandbreite begrenzt, das ist die maximale Rate, mit der wir Informationen senden können. Typischerweise ist die Bandbreite auf einen kleinen Bruchteil der Trägerfrequenz beschränkt. So hat zum Beispiel AM-Radio in den USA eine Trägerfrequenz von 550-1600 kHz und eine Bandbreite von 20 kHz FM-Radio hat eine Trägerfrequenz von 88-108 MHz und eine Bandbreite von 200 kHz Wifi nach dem Standard 802.11b / g / n hat eine Trägerfrequenz von 2,4 GHz und eine Bandbreite von 22 MHz.

Ein typischer Ultraschall verwendet andererseits Trägerfrequenzen von 100 kHz bis etwa 20 MHz (obwohl es möglich ist, Ultraschall bei höheren Frequenzen zu haben) .Daher wird die Bandbreite viel geringer sein als die von existierendem Wi-Fi.

Alex Netherton

ehemaliger Umwelterzieher in verschiedenen Ausbildungszentren (1986-1995)
Beantwortet Mar 12, 2017 · Autor hat 2.3k Antworten und 1.7m Antworten

Jede Energie verringert sich mit dem Quadrat (tatsächlich der Würfel) der Entfernung von der erzeugten. Schall, selbst Ultraschall wird von der Luft übertragen, einem schlechten Ausbreitungsmedium. Beachten Sie, dass selbst in Kabeln Licht (eine Art von Radiowellen) in Glasfaser verwendet wird, nicht Ton.

Radiowellen können so weit gehen, wie Sie sehen können - Ton, nicht so gut.

Willy Roentgen

Registrierter Berufsingenieur, BSAeroE, MSME, MBA, Pilot
Beantwortet 9. März 2017 · Autor hat 10.2k Antworten und 2.3m Antworten

Ultraschall geht nicht durch Wände, kann reflektiert oder leicht gestört werden, und es ärgert den Hund wirklich.

Radiowellen, Ultraschall, Wi-Fi