ในปัจจุบันนี้มีการกล่าวถึงการสื่อสารแบบต่าง ๆ มากมาย ไม่ว่าจะเป็นการสื่อสารผ่านดาวเทียม การสื่อสารผ่านเส้นใยนำแสง การสื่อสารแบบซูเปอร์ไฮเวย์ การสื่อสารผ่านสายเคเบิลใต้น้ำ การสื่อสารด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ฯลฯ ผู้ฟังที่เป็นประชาชนทั่วไปจะเข้าใจว่าการสื่อสารแบบต่าง ๆ เหล่านี้ก็คือการส่งข้อมูลหรือข้อความผ่านทางเส้นทางต่าง ๆ ที่กล่าวมาแล้วซึ่งเป็นความเข้าใจที่ถูกต้องในระดับหนึ่ง แต่ในรายละเอียดนั้นมีความหมายมากกว่านี้
บางคนอาจสงสัยว่าข้อมูลหรือข้อความนั้นสามารถส่งได้อย่างไร โดยเฉพาะการส่งในระยะทางที่ไกลมาก เช่น ข้ามจังหวัด ข้ามประเทศ หรือแม้แต่การส่งข้ามทวีป ก่อนอื่นจะขอยกตัวอย่างการส่งข้อมูลที่เป็นเสียงนั่นคือโทรศัพท์ ขณะที่เราพูดโทรศัพท์นั้น คลื่นเสียงหรือสัญญาณเสียงที่ออกจากปาก จะไปทำให้แผ่นไดอะแฟรมของไมโครโฟน ที่อยู่ในตัวกระบอกโทรศัพท์สั่น (ดูรูปที่ 1 ประกอบ) เมื่อแผ่นไดอะแฟรมสั่นจะมีผลทำให้มีสัญญาณไฟฟ้าออกมาจากไมโครโฟน ถ้าเราเอาเครื่องมือชนิดหนึ่งที่เรียกว่า ออสซิลโลสโคป (Oscilloscope) ดูรูปของสัญญาณ ทั้งสองชนิดจะพบว่ามีลักษณะเหมือนกัน เราเรียกสัญญาณไฟฟ้าที่ออกมาจากไมโครโฟนนี้ว่า เป็นสัญญาณไฟฟ้าแบบอะนาลอก (analog) ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือการเปลี่ยนแปลงความต่างศักย์ไฟฟ้าหรือการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณไฟฟ้าเมื่อเทียบกับเวลาจะมีค่าต่อเนื่องกัน และมีรูปร่างเหมือนสัญญาณต้นฉบับ


รูป ที่ 1

ร่างกายมนุษย์สามารถส่งสัญญาณแบบต่อเนื่องหรือแบบอะนาลอก ได้หลายวิธี เช่นการพูด เสียงที่พูดออกมานั้นทั้งความถี่และความดังของเสียงจะเปลี่ยนแปลงแบบต่อเนื่อง การเคลื่อนไหวส่วนต่าง ๆ ของร่างกายก็เป็นแบบต่อเนื่อง การรับรู้ก็เช่นกัน เราได้ยินเสียงที่มีการเปลี่ยนแปลงแบบต่อเนื่อง มองเห็นภาพที่มีความเข้มของแสงเปลี่ยนแปลงแบบต่อเนื่อง มองเห็นภาพที่มีความเข้มของแสงเปลี่ยนแปลงแบบต่อเนื่องการสัมผัสที่รับรู้ได้จากแรงกดที่ผิวหนังก็เป็นแบบต่อเนื่อง แต่ที่กล่าวมานี้เป็นการรับรู้ในการดำรงชีวิตแบบปกติเท่านั้น ถ้ามีเหตุการณ์บางอย่างที่ผิดปกติเกิดขึ้น การรับรู้จะไม่เป็นแบบต่อเนื่องนั่นคือมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วมาก เช่น เสียงปืน เสียงประทัด เสียงระเบิด ซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงความดันของอากาศอย่างรวดเร็ว การรับรู้ของหูจะเป็นแบบฉับพลันอาจทำให้แก้วหูฉีกขาดได้ การมองเห็นฟ้าผ่าหรือแสงแฟลชถ่ายรูปก็ทำให้ตารับรู้ความเข้มแสงอย่างฉับพลัน ทำให้ตาพร่า ที่ยกตัวอย่างเหล่านี้ก็เพื่อให้ผู้อ่านได้นึกภาพของการเปลี่ยนแปลงแบบต่อเนื่องหรือแบบอะนาลอก ในขอบเขตปกติ กับการเปลี่ยนแปลงแบบฉับพลันว่าเป็นอย่างไร
ขณะที่เราพูดโทรศัพท์จะมีสัญญาณไฟฟ้าที่เป็นแบบอะนาลอก ออกมาจากไมโครโฟนที่กระบอกพูด สัญญาณไฟฟ้านี้จะถูกส่งไปตามสายไฟฟ้าจนมาถึงผู้ฟัง สัญญาณไฟฟ้าจะถูกลำโพงเปลี่ยนให้เป็นสัญญาณเสียงให้ผู้ฟังได้ยิน และในทำนองเดียวกันเราก็ได้ยินคู่สนทนาพูดด้วย ในแบบเรียนต่าง ๆ กล่าวถึงการสื่อสารในลักษณะเช่นนี้เพื่อให้นักเรียนเข้าใจได้ง่ายไม่ได้กล่าวถึงรายละเอียดว่ามีตัวแปรอื่นใดเข้ามารบกวนการส่งข้อมูลหรือข้อความในระหว่างการสื่อสาร
ในสภาพความเป็นจริงสายไฟฟ้าที่เป็นสายทองแดงหรือโลหะผสมอื่นใด จะมีความต้านทานไฟฟ้าอยู่ ยิ่งสายยาวมากเท่าไรความต้านทานไฟฟ้าก็จะยิ่งเพิ่มขึ้นเท่านั้น เมื่อเราพูดโทรศัพท์สัญญาณไฟฟ้าที่ออกมาจะถูกความต้านทานของสายไฟฟ้าที่ยาวมากทำให้ขนาดของสัญญาณไฟฟ้าลดลง กว่าจะถึงผู้ฟังปลายสายก็ไม่อาจทำให้ลำโพงทำงานได้ ถ้าเป็นการสื่อสารข้ามจังหวัดขนาดของสัญญาณไฟฟ้าก็จะยิ่งน้อยลงอีกและถ้าเป็นการสื่อสารข้ามทวีปจะเป็นเช่นไร


รูปที่ 2

เมื่อเป็นเช่นนี้วงจรขยายสัญญาณไฟฟ้าจึงเข้ามามีบทบาทสำคัญในการสื่อสาร ก่อนที่ขนาดของสัญญาณไฟฟ้าจากผู้พูดจะลดลงต่ำเกินไป ก็จะต้องมีการขยายสัญญาณไฟฟ้า จากนั้นจึงส่งต่อไปอีก ถ้าผู้ฟังหรือผู้รับอยู่ห่างจากผู้พูดมากเท่าไร จำนวนครั้งของการขยายสัญญาณไฟฟ้าก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น นั่นคือในระบบการสื่อสารต้องมีสถานีขยายสัญญาณไฟฟ้าอยู่เป็นระยะ (ดูรูปที่ 3 ประกอบ) ในสมัยที่ใช้สายไฟฟ้าอย่างเดียวนั้นสถานีขยายสัญญาณไฟฟ้าหรือที่เรียกว่า repeater นั้นจะอยู่ค่อนข้างใกล้กัน เพราะความต้านทานไฟฟ้าของสายไฟมีค่ามากต้องมีการขยายบ่อยครั้ง ต่อเมื่อมีการใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือคลื่นวิทยุ คลื่นไมโครเวฟ การส่งสัญญาณหรือการสื่อสารด้วยวิธีนี้ก็ไม่ต้องใช้สายไฟฟ้าแล้ว แต่ก็ต้องมีการขยายสัญญาณไฟฟ้าอยู่เช่นเดียวกัน เพราะการสูญเสียพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือคลื่นวิทยุในอากาศยังมีอยู่ ดังที่เราเห็นมีการติดตั้งสถานีไมโครเวฟของแต่ละจังหวัดเพื่อส่งสัญญาณต่อ ๆ กันไป


รูปที่ 3

การนำดาวเทียมมาใช้ในการสื่อสารช่วยให้การรับการส่งสัญญาณไฟฟ้าเป็นไปได้สะดวกขึ้นเพราะรัศมีการทำงานของดาวเทียมนั้นครอบคลุมพื้นที่ได้มากกว่าการส่งด้วยวิธีอื่น แต่ก็มิได้หมายความว่าไม่ต้องใช้การขยายสัญญาณไฟฟ้า เราลองพิจารณาการส่งสัญญาณไฟฟ้าจาก สถานีส่งที่ภาคพื้นดินขึ้นไปยังดาวเทียม ขณะที่ส่งนั้นต้องผ่านชั้นบรรยากาศซึ่งทำให้พลังงานของคลื่นลดลงเป็นผลให้ขนาดของสัญญาณไฟฟ้าลดลงไปด้วย ดังนั้นเราจึงต้องมีเครื่องขยายสัญญาณไฟฟ้าที่ดาวเทียม เพื่อให้สัญญาณไฟฟ้ามีกำลังสูงพอที่จะส่งกลับลงมายังสถานีรับภาคพื้นดินหรือที่จานรับสัญญาณ เมื่อพิจารณาที่สถานีรับภาคพื้นดิน หรือที่จานรับสัญญาณก็ต้องมีเครื่องขยายสัญญาณไฟฟ้าก่อนจะเข้ากระบวนการทางอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อให้ผู้ฟังได้เห็นหรือได้ยินข้อความหรือข้อมูลจากสถานีส่ง
ที่กล่าวมาทั้งหมดก็เพื่อให้ผู้อ่านได้เข้าใจถึงความหมายของสัญญาณไฟฟ้าแบบอะนาลอกและความจำเป็นที่ต้องมีการขยายสัญญาณไฟฟ้าตามสถานีต่าง ๆ และที่เครื่องรับของผู้ฟังก่อนที่จะเข้าสู่การสื่อสารแบบดิจิตอล (digital) เพราะเราจำเป็นต้องเข้าใจการสื่อสารแบบอะนาลอกเสียก่อน เนื่องจากสัญญาณแบบอะนาลอก เป็นสัญญาณที่เราคุ้นเคยหรือประสบอยู่ตลอดเวลา
ที่มา : ไชยยันต์ ศิริโชติ
สาขาวิชาฟิสิกส์
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี