Muistatko modeemin kirskuvan äänen? Tästä siinä oikeasti oli kyse

Ennen laajakaistaa internetiin meneminen oli pieni rituaali. Modeemi soitti palveluntarjoajalle, kaiuttimesta kuului kirskuntaa ja käyttäjä odotti, ilmestyisikö ruudulle lopulta CONNECT-ilmoitus. Tutuksi tullut ääni syntyi siitä, että kaksi modeemia tunnisti toisensa, vertaili ominaisuuksiaan, testasi puhelinlinjaa ja valitsi yhteydelle sopivan nopeuden.

Monelle 1990-luvulla tai 2000-luvun alussa tietokonetta käyttäneelle modeemin ääni palauttaa mieleen kokonaisen aikakauden. Internetiin ei menty huomaamatta taustalla, vaan yhteyden muodostaminen oli oma tapahtumansa. Ensin tietokone käski modeemia soittamaan, sitten lankapuhelimen linjalta kuului sarja tuttuja ääniä ja lopuksi yhteys joko syntyi tai katkesi.

Ääni saattoi alkaa puhelinnumeron valinnasta, jatkua pitkänä tasaisena vinkaisuna ja muuttua sen jälkeen nopeasti sahaavaksi sirinäksi, rahinaksi ja kohinaksi. Ihmisen korvaan kokonaisuus kuulosti lähes kaoottiselta. Modeemeille se oli kuitenkin tarkasti määritelty keskustelu, jossa jokaisella signaalilla oli oma tehtävänsä.

Kyse ei siis ollut internetin käynnistysäänestä samalla tavalla kuin tietokoneella oli oma käynnistysmelodiansa. Ääni kuului analogisen puhelinyhteyden muodostamiseen. Kun laitteet olivat sopineet tiedonsiirron tavasta, modeemin kaiutin hiljeni ja varsinainen verkkoliikenne jatkui käyttäjältä piilossa.

Miksi tietokone joutui käyttämään ääntä?

Perinteinen puhelinverkko rakennettiin ihmisten puhetta varten, ei tietokoneiden digitaalisten bittien kuljettamiseen. Tavallinen puhelinkanava välitti vain rajallisen äänitaajuusalueen. Kansainvälisen televiestintäliiton ITU:n määritelmissä perinteisen puhelinverkon nimellinen puhekaista on noin 300-3400 hertsiä.

Tietokone ei voinut lähettää nollia ja ykkösiä lankapuhelinverkkoon sellaisinaan. Väliin tarvittiin laite, joka muutti digitaalisen tiedon puhelinlinjalle sopiviksi äänitaajuisiksi signaaleiksi. Vastaanottavassa päässä toinen laite teki saman muunnoksen päinvastaiseen suuntaan.

Tästä tulee myös sana modeemi. Englannin modem on lyhenne sanoista modulator-demodulator. Modulaattori muokkasi lähetettävän tiedon kantosignaaliin, ja demodulaattori irrotti vastaanotetusta signaalista alkuperäisen datan.

Modeemi oli tavallaan tulkki kahden hyvin erilaisen maailman välissä. Tietokone käsitteli digitaalista tietoa, mutta puhelinlinja ymmärsi vain sille sopivia sähköisiä vaihteluita, jotka voitiin myös kuulla äänenä.

Modeemit olivat olemassa jo ennen kotien internetiä

Modeemeja ei alun perin kehitetty verkkosivujen selaamista varten. Niiden historia ulottuu aikaan, jolloin tietokoneet olivat suuria ja kalliita, ja tietoa piti siirtää etäällä sijaitsevien päätteiden ja keskustietokoneiden välillä.

Computer History Museumin mukaan AT&T:n Bell Laboratories alkoi kehittää modeemeja omaan käyttöönsä jo 1950-luvun puolivälissä. Myöhemmin markkinoille tuli Bell 103, jonka kanssa yhteensopivat modeemit siirsivät tietoa 300 bitin sekuntinopeudella. Se tarkoitti käytännössä vain joitakin kymmeniä tekstimerkkejä sekunnissa.

Varhaisissa ratkaisuissa puhelimen kuuloke voitiin asettaa akustiseen kytkimeen. Laite kuunteli kuulokkeesta tulevaa ääntä ja lähetti omat signaalinsa puhelimen mikrofoniin. Näin tietoa voitiin siirtää ilman, että modeemi liitettiin suoraan puhelinverkkoon.

Myöhemmin suoraan puhelinpistorasiaan liitettävät modeemit ja automaattinen numeronvalinta tekivät käytöstä helpompaa. Käyttäjän ei enää tarvinnut soittaa numeroon käsin ja painaa puhelimen kuuloketta kumisiin kuppeihin. Tietoliikenneohjelma pystyi antamaan modeemille komentoja, joilla se valitsi numeron, odotti vastausta ja katkaisi puhelun.

Kotitietokoneiden aikana modeemilla soitettiin ensin erilaisiin tietokonepalveluihin ja BBS-purkeiksi kutsutuille ilmoitustauluille. Internetin yleistyessä sama puhelinlinja alkoi kuljettaa sähköpostia, keskustelukanavia, verkkosivuja, kuvia ja ladattavia tiedostoja.

Ensimmäiset äänet kuuluivat tavallisesta puhelusta

Kun käyttäjä painoi yhteysohjelman soittopainiketta, modeemi otti puhelinlinjan käyttöön ja valitsi internetpalveluntarjoajan numeron. Jos käytössä oli äänitaajuusvalinta, alussa kuultiin samat DTMF-näppäinäänet kuin lankapuhelimen painikkeita painettaessa.

Jokainen numero muodostui kahden samanaikaisen äänitaajuuden yhdistelmästä. Modeemin kaiutin vain antoi käyttäjän kuulla, mitä puhelinlinjalla tapahtui. Numeron valinnan jälkeen saattoi kuulua normaali hälytysääni, varattu-ääni tai vastaavan modeemin signaali.

Jos numero oli varattu, yhteyden muodostaminen päättyi siihen. Internetpalveluntarjoajalla piti olla riittävästi vapaita modeemeja ja puhelinlinjoja kaikkia samaan aikaan soittavia asiakkaita varten. Ruuhkaisina aikoina käyttäjä saattoi joutua yrittämään useita kertoja.

Tämä teki internetiin menemisestä konkreettisen puhelun. Yhteys alkoi, kun oma modeemi soitti palveluntarjoajan laitteelle, ja päättyi, kun modeemi katkaisi puhelun.

Pitkä vinkaisu kertoi, että toinen modeemi vastasi

Kun palveluntarjoajan modeemi vastasi, linjalta kuultiin usein pitkä ja hyvin tunnistettava ääni. ITU:n V.8-suosituksessa määritelty ANSam-vastaussignaali perustui 2100 hertsin siniaaltoon. Signaalissa oli lisäksi amplitudin vaihtelua ja säännöllisiä vaiheenkäännöksiä.

Vastausäänen tehtävä ei ollut siirtää varsinaista verkkosisältöä. Se ilmoitti soittavalle laitteelle, että toisessa päässä oli yhteensopiva tiedonsiirtolaite ja että automaattinen neuvottelu voitiin aloittaa.

2100 hertsin äänellä oli myös yhteys puhelinverkon tekniikkaan. Tietyntyyppiset vastaussignaalit auttoivat verkon laitteita tunnistamaan, että linjalla kulki puheen sijasta modeemi- tai faksiliikennettä. Näin puheelle suunnitellut käsittelytoiminnot eivät sotkeneet herkkää datasignaalia.

Kirskunta oli modeemien kättely

Pitkän vastausäänen jälkeen alkoi varsinainen kättely eli handshake. Tässä vaiheessa modeemit selvittivät, millaisia yhteystapoja kumpikin tuki ja mikä niistä kannatti valita.

Modeemien kehitys oli tuonut markkinoille useita standardeja ja nopeuksia. Vanhempi laite saattoi tukea esimerkiksi 2400 tai 9600 bitin sekuntinopeutta, kun taas uudempi osasi 14,4, 28,8 tai 33,6 kilobittiä sekunnissa. Myöhäisimmät puhelinverkon kuluttajamodeemit tunnettiin 56k-modeemeina.

Uudemman modeemin piti silti pystyä keskustelemaan vanhemman laitteen kanssa. Siksi laitteet esittelivät toisilleen kykynsä ja etsivät parhaan yhteisen vaihtoehdon. ITU:n V.8-suosituksen tarkoituksena oli nimenomaan valita automaattisesti paras käytettävissä oleva toimintatapa ennen varsinaisen modeemiyhteyden käynnistämistä.

Äänen lyhyet ja nopeasti vaihtuvat osat olivat siis myös viestejä. Niissä ei kerrottu sähköpostin sisältöä tai ladattavan kuvan pikseleitä, vaan neuvoteltiin siitä, millä tekniikalla varsinainen data myöhemmin siirrettäisiin.

Puhelinlinja piti tutkia ennen nopeuden valintaa

Pelkkä yhteisen standardin löytyminen ei riittänyt. Jokainen puhelinyhteys oli hieman erilainen. Linjan pituus, keskukset, häiriöt, vaimennus ja muut verkon ominaisuudet vaikuttivat siihen, kuinka luotettavasti dataa voitiin siirtää.

Siksi modeemit lähettivät toisilleen testisignaaleja. ITU:n V.34-standardissa tätä kutsuttiin linjan tutkimiseksi. Määritelmän mukaan modeemi lähetti jaksollisia signaaleja, joita toinen laite analysoi valitakseen tiedonsiirtoon sopivat modulaatioparametrit.

Testi kuulosti ihmisen korvaan usein kohinalta tai nopeasti pyyhkäisevältä ääneltä. Modeemi puolestaan mittasi, miten eri taajuudet kulkivat linjan läpi ja kuinka paljon häiriötä yhteydessä esiintyi.

Sen jälkeen laitteet harjoittelivat vastaanottoa. Ne säätivät muun muassa taajuuskorjausta ja kaiunpoistoa sekä sovittivat lähetyksensä juuri kyseiseen yhteyteen. Tavoitteena oli löytää mahdollisimman nopea mutta riittävän vakaa asetus.

Tämän vuoksi sama modeemi ei aina yhdistänyt samalla nopeudella. Yhtenä iltana ruudulle saattoi ilmestyä CONNECT 50666, toisena vain CONNECT 44000. Alhaisempi lukema ei välttämättä tarkoittanut laitteen rikkoutumista, vaan modeemi saattoi varovaisesti pudottaa nopeutta linjan laadun vuoksi.

Kaikki modeemin äänet eivät merkinneet täsmälleen samaa

Internetissä kiertävissä selityksissä modeemin yhteysääni saatetaan jakaa sekunti sekunnilta tarkkoihin tapahtumiin. Perusajatus on oikea, mutta yhtä kaikille modeemeille sopivaa äänikarttaa ei ole.

Ääni riippui käytetystä standardista, modeemimallista, ohjelmistosta, linjan laadusta ja siitä, mihin laitteeseen soitettiin. V.32-, V.34- ja V.90-yhteydet eivät neuvotelleet täysin samalla tavalla. Lisäksi modeemi saattoi ohittaa joitakin vaiheita, palata aiempaan vaiheeseen tai kokeilla hitaampaa menetelmää, jos ensimmäinen yritys ei onnistunut.

Yleisellä tasolla äänessä voitiin kuitenkin kuulla puhelinnumeron valinta, vastapuolen vastaussignaali, laitteiden ominaisuuksien vertailu, linjan mittaus, vastaanottimien harjoittelu ja lopullisten yhteysasetusten vahvistaminen.

Kirskunta ei siis ollut yksi yhtenäinen koodi, vaan useiden erilaisten signaalien ketju. Sen kokonaispituus kertoi siitä, että laitteiden piti tehdä paljon työtä ennen ensimmäisen varsinaisen verkkopaketin siirtymistä.

Miksi modeemin kaiutin ylipäätään huusi?

Modeemin ei olisi teknisesti tarvinnut soittaa kättelyään huoneeseen. Signaalien piti kulkea puhelinlinjalla, mutta käyttäjän ei ollut pakko kuulla niitä.

Kaiuttimesta oli silti hyötyä. Sen avulla käyttäjä kuuli heti, valitsiko modeemi numeron, oliko linja varattu, vastasiko toisessa päässä ihminen tai jäikö puhelu muuten jumiin. Ääni toimi yksinkertaisena vianmäärityksenä aikana, jolloin yhteysohjelman ilmoitukset olivat usein niukkoja.

Modeemien AT-komentojen avulla kaiuttimen toimintaa voitiin muuttaa. Tavallinen asetus piti kaiuttimen päällä numeronvalinnan ja yhteyden muodostamisen ajan, mutta sammutti sen kantoaallon löytymisen jälkeen. Kaiuttimen pystyi myös vaimentamaan kokonaan tai jättämään päälle koko yhteyden ajaksi.

Kun yhteys onnistui ja kaiutin hiljeni, puhelinlinjalla kulkeva ääni ei todellisuudessa loppunut. Modeemit jatkoivat datan muuntamista äänitaajuiseksi sähköiseksi signaaliksi. Käyttäjä ei vain enää kuunnellut linjaa laitteen kaiuttimen kautta.

Miksi 56k-modeemi ei yleensä saavuttanut 56 kilobittiä?

Modeemien viimeisessä suuressa kuluttajasukupolvessa pakkauksiin painettiin näkyvästi lukema 56k. ITU:n vuonna 1998 hyväksymä V.90-standardi mahdollisti enintään 56 000 bitin sekuntinopeuden palveluntarjoajalta käyttäjälle ja enintään 33 600 bitin sekuntinopeuden käyttäjältä palveluntarjoajalle.

Nopeuksien epäsymmetria johtui yhteyden rakenteesta. Palveluntarjoajan päässä yhteys liittyi puhelinverkkoon digitaalisesti, mutta asiakkaan kotona viimeinen osuus kulki analogista puhelinjohtoa pitkin. Tämä mahdollisti vastaanottosuunnassa aiempaa suuremman nopeuden, mutta ei poistanut analogisen linjan rajoituksia kokonaan.

56 000 bittiä sekunnissa oli lisäksi teoreettinen enimmäisarvo, ei lupaus jokaisesta yhteydestä. Todelliseen nopeuteen vaikuttivat puhelinlinjan laatu, verkon rakenne, häiriöt ja modeemien yhteensopivuus. Käytännössä yhteys syntyi usein jollakin 40-50 kilobitin välisellä nopeudella.

Bitit ja tavut aiheuttivat myös sekaannusta. 56 kilobittiä sekunnissa tarkoitti parhaimmillaankin noin seitsemää kilotavua sekunnissa ennen tiedonsiirron muuta kuormaa. Muutaman megatavun tiedosto saattoi siksi vaatia kymmeniä minuutteja, ja yhteyden katkeaminen loppuvaiheessa oli todellinen pettymys.

Yksi puhelu saattoi varata koko kodin linjan

Modeemiyhteyden ehkä muistetuimpia käytännön haittoja oli se, että internet ja tavallinen puhelin käyttivät samaa linjaa. Kun modeemi oli verkossa, kotiin soittava henkilö sai yleensä varattu-äänen.

Jos joku nosti rinnakkaispuhelimen luurin kesken yhteyden, linjalle tuli häiriö. Modeemi saattoi yrittää korjata virheet, pudottaa nopeutta tai katkaista yhteyden kokonaan. Myös koputuspalvelun merkkiääni saattoi sotkea tiedonsiirtoa.

Monissa kodeissa internetin käytöstä neuvoteltiin siksi muun perheen kanssa. Verkkoon ei välttämättä saanut mennä silloin, kun odotettiin tärkeää puhelua. Pitkä verkkosessio näkyi myös puhelinlaskussa, jos yhteys hinnoiteltiin paikallispuhelun keston mukaan.

Yhteyden katkaiseminen oli yhtä konkreettista kuin sen aloittaminen. Kun ohjelmasta valittiin katkaisu, modeemi sulki puhelun ja lankapuhelin vapautui jälleen muuhun käyttöön.

Baud ja bitti eivät aina tarkoittaneet samaa asiaa

Modeemien nopeuksista puhuttiin usein baudeina, vaikka pakkauksissa ja yhteysohjelmissa ilmoitettiin tavallisesti bittejä sekunnissa. Varhaisissa yksinkertaisissa modeemeissa yksi signaalimuutos saattoi vastata yhtä bittiä, jolloin luvut olivat samoja.

Nopeampien modeemien tekniikka muuttui monimutkaisemmaksi. Yksi symboli saattoi sisältää useita bittejä, koska tietoa koodattiin signaalin vaiheen ja voimakkuuden erilaisiin yhdistelmiin. Tällöin baudinopeus kuvasi symbolien määrää sekunnissa, ei suoraan siirrettyjen bittien määrää.

Siksi esimerkiksi 33,6 kilobitin modeemi ei lähettänyt 33 600 erillistä äänipulssia sekunnissa. Se pakkasi useita bittejä jokaiseen siirrettävään symboliin ja käytti kehittynyttä signaalinkäsittelyä saadakseen puhelinlinjasta irti mahdollisimman paljon.

Virheenkorjaus piti yhteyden käyttökelpoisena

Puhelinlinja ei ollut täydellinen tiedonsiirtokanava. Häiriöt saattoivat muuttaa vastaanotettuja bittejä, joten modeemien oli kyettävä tunnistamaan virheitä ja pyytämään vioittuneita tietoja uudelleen.

V.42-standardissa määriteltiin modeemiyhteyksille virheenkorjausta, ja V.42bis toi mukaan tiedon pakkaamista. Pakkaus saattoi nopeuttaa erityisesti tekstitiedostojen ja muun helposti tiivistyvän aineiston siirtoa. Valmiiksi pakatut kuvat, ohjelmat ja musiikkitiedostot eivät hyötyneet siitä yhtä paljon.

Yhteysohjelman näyttämä modeemin linjanopeus ei siksi aina vastannut suoraan sitä vauhtia, jolla hyödyllinen tiedosto saapui tietokoneelle. Mukana kulki myös yhteyden hallintaan, virheiden tarkistamiseen ja uudelleenlähetyksiin tarvittavaa tietoa.

Laajakaista teki äänestä tarpeettoman

Modeemin kirskunta alkoi kadota kodeista, kun internetyhteys irtautui tavallisista puheluista. ISDN tarjosi digitaalisen yhteyden, ja ADSL toi puhelinjohtoa pitkin jatkuvasti käytettävän datayhteyden, joka pystyi toimimaan samanaikaisesti puhelimen kanssa asianmukaisen suodatuksen avulla.

Kaapelimodeemit ja myöhemmin valokuitu kasvattivat nopeuksia vielä enemmän. Internetiin ei enää tarvinnut soittaa erikseen, eikä käyttäjän tarvinnut odottaa laitteiden kuuluvaa neuvottelua jokaisen käyttökerran alussa.

Sana modeemi jäi silti elämään. Nykyinen kaapeli-, mobiili- tai valokuituyhteyden päätelaite voi edelleen sisältää modeemitoimintoja, vaikka se ei muistuta 1990-luvun pöydällä vilkkunutta laatikkoa eikä päästä samanlaista ääntä.

Kirskunta jäi mieleen, koska yhteys ei ollut itsestäänselvyys

Vanhan modeemin ääni herättää nostalgiaa osittain siksi, että se teki näkymättömästä tekniikasta kuultavaa. Nykyään verkkoyhteys muodostuu taustalla sekunnin murto-osissa, mutta modeemiaikana jokainen vaihe tapahtui käyttäjän korvien edessä.

Äänessä oli myös jännitystä. Pitkän kättelyn aikana ei vielä tiennyt, pääsisikö verkkoon vai päättyisikö yritys virheilmoitukseen. Kun kirskunta vihdoin loppui ja CONNECT-teksti ilmestyi ruudulle, hiljaisuus tuntui onnistumiselta.

Modeemin ääni ei siis ollut satunnaista sähköistä meteliä. Se oli kahden laitteen keskustelu, puhelinverkon kuntotarkastus ja yhteisten sääntöjen sopiminen tiiviiksi äänelliseksi rituaaliksi pakattuna.

Computer History Museumin historialliset aineistot ja Kansainvälisen televiestintäliiton ITU-T-suositukset osoittavat, kuinka pitkä kehityskulku tutun äänen taakse kätkeytyi. Muutamassa sekunnissa modeemit tekivät työn, joka mahdollisti kokonaisen sukupolven ensimmäiset askeleet verkkoon.