Thế nào là máy thu thanh AM và FM?

Máy thu thanh hay còn gọi là máy radio, máy nghe đài,...(trong tiếng Anh gọi là radio receiver) là một loại máy, thiết bị điện tử có chức năng thu nhận các tín hiệu sóng vô tuyến từ không gian và khôi phục phát ra âm thanh.Tín hiệu ban đầu được thu nhận qua ăng ten, khuếch đại lên và cuối cùng nhận được thông tin qua việc giải điều chế. Trong các thiết bị điện tử tiêu dùng, thuật ngữ máy thu thanh được sử dụng để tái tạo âm thanh từ các đài phát thanh. Trước đây là ứng dụng radio thương mại đầu tiên trên thị trường đại chúng.


Máy thu thanh (đài, radio)

Radio, ra-đi-ô, ra-dô hay vô tuyến truyền thanh là thiết bị kỹ thuật ứng dụng sự chuyển giao thông tin không dây dùng cách biến điệu sóng điện từ có tần số thấp hơn tần số của ánh sáng, đó là sóng radio.

Sóng dùng trong radio có tần số trong khoảng từ 3Hz (dải tần ELF) đến 300 GHz (dải tần EHF). Tuy nhiên, từ dải tần SHF đến EHF, tức là từ tần số 3GHZ đến 300 GHz, bức xạ điện từ này thường gọi là sóng vi ba.

Từ radio còn được dùng để chỉ máy thu thanh - một thiết bị điện tử dùng để nhận về các sóng âm đã được biến điệu qua ăng ten để khuếch đại, phục hồi lại dạng âm thanh ban đầu, và cho phát ra ở loa.

Xác định nguồn gốc của radio, trong thời kì được gọi là liên lạc không dây, vẫn còn đang tranh cãi. Cuộc tranh luận về người phát minh ra radio có thể được chia ra theo các giải thích sau:

1. Ai là người phát minh ra "sự truyền dữ liệu không dây dựa trên tần phổ" (spark-gap radio)?
Nikola Tesla, Guglielmo Marconi và Alexander Popov.

2. Ai là người phát minh radio dựa trên sự thay đổi biên độ ( Radio AM), vì thế có trên 1 đài có thể truyền sóng (khác với spark-gap radio, chỉ có một máy truyền phủ toàn bộ tần sóng)?
Reginald Fessenden và Lee de Forest.

3. Ai là người phát minh radio dựa trên sự biến thiên tần số ( Radio FM), sóng radio có thể tránh sự tĩnh điện, bị nhiễu từ các thiết bị điện và môi trường?
Edwin H. Armstrong và Lee de Forest.

Các radio ban đầu sử dụng toàn bộ năng lượng của máy truyền thông qua các microphone bằng carbon. Trong khi một số radio ban đầu sử dụng một số sự phóng đại bằng dòng điện hay pin, suốt từ giữa thập niên 1920 loại đầu thu phổ biến nhất là các máy thu radio tinh thể. Trong thập niên 1920, ống phóng đại chân không làm một bước tiến mới trong cả đầu thu và đầu phát.

Máy thu thanh vô tuyến
Hình thức quen thuộc nhất của máy thu thanh là máy thu phát, thường chỉ được gọi là radio, nhận các chương trình âm thanh dành cho việc tiếp nhận công cộng truyền qua các đài phát thanh địa phương. Âm thanh được tái tạo bằng loa trong radio hoặc tai nghe cắm vào jack cắm trên radio.Máy thu thanh yêu cầu điện năng, được cung cấp bằng pin bên trong radio hoặc dây điện cắm vào ổ cắm điện.Tất cả radio đều có điều khiển âm lượng để điều chỉnh độ ồn của âm thanh, và điều chỉnh để chọn đài phát thanh được nhận.

AM và FM
Điều chế là quá trình thêm thông tin vào một sóng mang vô tuyến. Trong điều chế biên độ (AM) cường độ hay biên độ của tín hiệu vô tuyến được thay đổi bởi tín hiệu âm thanh. Các dải phát thanh AM là từ 148 đến 283 kHz trong dải sóng dài, và dải sóng trung 526 và 1706 kHz ở dải tần số trung bình (MF) của phổ vô tuyến. Phát sóng AM cũng được thực hiện trong các băng tần sóng ngắn, khoảng từ 2,3 đến 26 MHz.

Trong điều chế tần số (FM), tần số của tín hiệu radio thay đổi một chút theo tín hiệu âm thanh. Phát sóng FM được cho phép trong các băng tần phát sóng FM giữa khoảng 65 và 108 MHz ở dải tần số rất cao (VHF). Dải tần số chính xác thay đổi ở các quốc gia khác nhau. Các đài "AM / FM" có một chuyển đổi để chọn băng tần nào sẽ nhận được. Đài phát thanh FM stereo phát sóng âm thanh nổi (âm thanh stereo), truyền hai kênh âm thanh cho micrô trái và phải. Bộ thu âm stereo chứa các mạch bổ sung và các đường dẫn tín hiệu song song để tạo lại hai kênh riêng biệt. Trong khi máy phát và thu thanh stereo AM tồn tại, chúng vẫn không đạt được sự nổi trội như âm thanh nổi FM.


Một chiếc máy thu thanh (đài, radio) năm 1940

AM
Điều chế biên độ (hay còn gọi là điều biên, tiếng Anh: Amplitude Modulation, viết tắt là "AM") là một kỹ thuật được sử dụng trong điện tử viễn thông, phổ biến nhất là dùng để truyền thông tin qua một sóng mang vô tuyến. Kỹ thuật này là thay đổi biên độ của tín hiệu sóng mang theo biên độ của tín hiệu thông tin cần gửi đi, hay nói cách khác là điều chế sóng mang bằng biên độ theo tín hiệu mang tin. Ví dụ, thay đổi cường độ tín hiệu có thể được dùng để phản ánh các âm thanh được tái tạo lại bởi một người nói, hoặc để xác định độ chói của các điểm ảnh truyền hình. (Trái ngược với điều biên là điều tần, cũng thường được sử dụng để truyền âm thanh, trong đó tần số truyền được thay đổi; và điều pha thường được sử dụng trong điều khiển từ xa, trong đó pha của tín hiệu sóng mang được thay đổi)

Vào giữa những năm 1870, một dạng điều biên-ban đầu được gọi là "những dòng gợn"-là phương pháp đầu tiên thành công tạo âm thanh chất lượng tốt qua các đường dây điện thoại. Bắt đầu với các thuyết minh âm thanh của Reginald Fessenden vào năm 1906, nó cũng là phương pháp đầu tiên được sử dụng cho đài phát thanh, và ngày nay vẫn được sử dụng cho nhiều hình thức viễn thông-"AM" thường được dùng để chỉ dải sóng quảng bá là dải sóng trung (xem vô tuyến AM).

Các dạng điều biên
Từ lúc bắt đầu được phát triển cho điện thoại, điều biên đã được sử dụng để thêm thông tin âm thanh vào dòng điện một chiều công suất thấp chảy từ một điện thoại phát đến điện thoại thu. Với giải thích đơn giản là, tại đầu cuối phía phát, micro điện thoại được sử dụng để biến đổi cường độ của dòng điện được truyền, theo tần số và âm sắc của âm thanh nhận được. Sau đó, tại đầu cuối phía thu của đường dây điện thoại, dòng điện tác động vào một nam châm điện, được tăng và giảm để phù hợp cường độ của dòng điện. Lần lượt, các nam châm điện tạo ra rung động trong màng rung của máy thu, vì thế tái tạo gần chính xác tần số và âm sắc của các âm thanh gốc nghe thấy ở phía phát.


Một tín hiệu âm thanh (phía trên) có thể được mang bởi một sóng vô tuyến AM hoặc FM (điều biên màu đỏ, điều tần màu xanh)

Trái ngược với điện thoại, trong thông tin vô tuyến cái được điều chế là một tín hiệu vô truyến sóng liên tục (sóng mang) được tạo ra bởi một máy phát vô tuyến. Trong dạng cơ bản của nó, điều chế biến độ tao ra một tín hiệu với công suất tập trung ở tần số sóng mang và ở hai dải biên liền kề. Quá trình này được gọi là tạo phách. Điều chế biên độ mà kết quả là hai dải biên và một sóng mang thường được gọi là điều chế biên độ biên kép (DSB-AM). Điều biên kiểu này không có hiệu quả do năng lượng tập trung ít nhất 2 phần 3 ở tần số sóng mang nhưng lại không mang thông tin hữu ích, còn hai biên mang thông tin hữu ích thì chỉ có năng lượng thấp, mặc dù chỉ cần một trong hai dải biên là có thể truyền tin do hai dải biên chứa thông tin giống hệt nhau.

Để tăng hiệu quả máy phát, sóng mang có thể được loại bỏ (hay triệt bỏ một phần) khỏi tín hiệu AM. Kiểu điều biên này tạo ra tín hiệu giảm sóng mang hay tín hiệu biên kép triệt sóng mang (DSBSC). Giải pháp điều chế biên độ triệt sóng mang có hiệu quả về năng lượng gấp 3 lần so với DSB-AM thông thường. Nếu sóng mang chỉ bị triệt một phần, một tín hiệu biên kép triệt một phần sóng mang (DSBRC) được tạo ra. Các tín hiệu DSBSC và DSBRC cần sóng mang của chúng phải được khôi phục (ví dụ bằng một bộ dao động phách) để giải điều chế sử dụng các kỹ thuật thông thường.

Thậm chí hiệu quả cao hơn sẽ đạt được bằng cách triệt hoàn toàn cả sóng mang và một trong hai dải biên. Tương ứng với hiệu quả cao là độ phức tạp của máy thu và máy phát cũng tăng lên dẫn đến chi phí tăng. Đây là kiểu điều chế đơn biên, được sử dụng rộng rãi trong vô tuyến nghiệp dư do hiệu quả sử dụng năng lượng và dải tần.

Một dạng AM đơn giản thường được sử dụng cho truyền dẫn số là khóa bật tắt (on-off keying), một kiểu của ASK (amplitude-shift keying - khóa dịch biên), trong đó dữ liệu nhị phân được biểu diễn như việc có hoặc không có một sóng mang. Điều này thường được sử dụng trong các tần số vô tuyến để truyền mã Morse, được gọi hoạt động sóng liên tục (CW).

Năm 1982, Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) phân loại các kiểu điều chế biên độ như sau:
Tên gọi    Miêu tả
A3E    hai dải biên và sóng mang đầy đủ - kiểu điều chế AM cơ bản
R3E    đơn biên và giảm một phần sóng mang
H3E    đơn biên và sóng mang đầy đủ
J3E    đơn biên triệt sóng mang
B8E    phát dải biên độc lập
C3F    dải biên còn sót
Lincompex    kết hợp bộ nén và bộ giãn