Jak dokładnie AM / FM przenosi zarówno wysokość głosu, jak i głośność głosu?

Niemal każdy samouczek na temat modulacji AM / FM pokazuje sygnał modulujący jako coś w rodzaju prostego tonu lub ciągłej fali sinusoidalnej. Teraz jest to łatwe, a dla AM po prostu nakładasz sygnał modulujący na falę nośną jako obwiednię i voila, a dla FM ciągle i konsekwentnie zmieniasz częstotliwość. ale nikt nie wskazuje na oczywisty problem ... Głos ma zarówno wysokość, tj. częstotliwość, jak i głośność, które są dwoma oddzielnymi analogowymi strumieniami danych. Żaden samouczek ani wyjaśnienie, które widziałem, nie wykonuje następnego, rażąco niezbędnego kroku, aby wyjaśnić, w jaki sposób oba aspekty są transmitowane przez schematy radiowe, które najwyraźniej mogą przyjąć tylko jeden stopień zmienności, tj. Amplitudę dla AM lub częstotliwość dla FM.

TL; DR:

1. W jaki sposób modulacja AM lub FM, z których każda ma tylko jedną zmienną modulowaną, przenosi zarówno wysokość głosu, jak i głośność głosu, które są co najmniej dwoma odrębnymi analogowymi strumieniami danych?

2. Dlaczego absolutnie nikt nie wydaje się odpowiadać na to rażące pytanie w jakichkolwiek samouczkach / wideo / opisach dotyczących modulacji radiowej?

Głos ma zarówno wysokość, tj. Częstotliwość, jak i głośność, które są dwoma oddzielnymi analogowymi strumieniami danych.

Nie. Głos jest przesyłany początkowo jako jeden analogowy „strumień” fal ciśnienia akustycznego, w którym amplituda zmian ciśnienia powietrza odpowiada objętości (w tej chwili), a tempo zmian daje wysokość dźwięku.

Brak samouczka ... wyjaśnić, w jaki sposób oba aspekty są transmitowane za pomocą schematów radiowych, które najwyraźniej mogą mieć tylko jeden stopień zmienności, ...

Schematy modulacji AM i FM są analogowe i nazywane są analogami, ponieważ modulacja jest analogiczna ( przymiotnikowa , pod pewnymi względami porównywalna, zazwyczaj w sposób, który wyjaśnia naturę porównywanych rzeczy) z oryginalnym sygnałem - głosem lub muzyką.

Ale jestem również ciekawy, dlaczego to następne oczywiste pytanie, które nigdy nie wydaje się rodzić ludziom, którzy robią te samouczki i wyjaśnienia, nie jest też łatwo znaleźć odpowiedź, ponieważ bezskutecznie szukałem.

Być może jest dla ciebie okazja, kiedy to wymyślisz.

Samouczki pokazują wyniki za pomocą sygnałów sinusoidalnych, ponieważ w przeciwnym razie niemożliwe byłoby zobaczenie modulacji złożonego sygnału w rozsądnej skali na schemacie.

Rysunek 1. Uproszczona analiza standardowego AM z Wikipedii w pewien sposób opisuje to, o co pytasz.

Zauważ na ilustracji, że przebieg nie jest sinusoidalny, ale jest przebiegiem arbitralnym. Zauważ też, że modulacja amplitudy podąża za przebiegiem sygnału. Nie ma w tym nic więcej. Mikrofon przekształci głos w analogowy sygnał elektryczny, a modulator moduluje analogicznie nośnik.

Zapomnij o radiu - jak myślisz, jak głos jest przesyłany przewodem, który ma tylko „napięcie” - znowu, jedną zmienną?

Chodzi o to, że „wysokość tonu” i „amplituda” są abstrakcyjnymi parametrami jednowartościowej funkcji czasu. W rzeczywistości na jednym przewodzie można nakładać wiele różnych sygnałów o różnych częstotliwościach. Każdy element tak złożonego kształtu fali ma swoją częstotliwość, fazę i amplitudę, ale wciąż możemy je odróżnić.

Możliwe jest przekształcenie napięcia na amplitudę w nadajniku AM i przekształcenie go na częstotliwość w nadajniku FM. W obu przypadkach sygnał może zostać przekształcony przez odbiornik z powrotem w replikę tego samego przebiegu napięcia, który stworzył modulację.

Jeśli więc wierzysz, że głos (i muzyka, jeśli o to chodzi) może być przesyłany przewodowo, to proste rozszerzenie, aby przesłać go jako sygnał radiowy.

Dźwięk jest tylko jednowymiarowym sygnałem zmieniającym się w czasie. Mikrofony zasadniczo w sposób ciągły śledzą zmiany ciśnienia powietrza. W dowolnym momencie jest to pojedyncza wartość. Ta wartość jest „modulowana” na nośniku.

Ten jednowymiarowy zmienny w czasie sygnał przenosi zarówno informacje o głośności, jak i wysokości tonu. W rzeczywistości może zawierać informacje o głośności i tonacji dla wielu różnych głosów jednocześnie lub dla wielu instrumentów muzycznych w tym samym czasie itp. W tej jednej zmiennej wartości w czasie.

Głos ma zarówno wysokość, tj. Częstotliwość, jak i głośność, które są dwoma oddzielnymi analogowymi strumieniami danych.

Jest ich więcej niż dwa, w zależności od tego, jak je postrzegasz / analizujesz i co jeszcze dzieje się na torze. W piosence My Bloody Valentine mogą być setki , strumienie mają strumienie i idą do 11.

Co jeśli zmusimy ich wszystkich do dopasowania do jednego strumienia danych?

Ponieważ dokładnie tak się dzieje, gdy wszystkie te rzeczy wchodzą w powietrze , które jest wrodzonym medium dla wszystkich dźwięków. Może obsłużyć tylko jeden strumień danych , więc kompresja jest wymuszona.

Kiedy wsadzimy mikrofon w powietrze i otrzymamy kształt fali, otrzymamy jeden strumień danych. Oddzielenie oddychającego trylu Bilindy Butcher w refrenie od tego, co jej Kompresor Fazy MP-41 (szczególnie) zrobił jej gitarze wśród 16 innych efektów na stosie ... To niemożliwe. Ponieważ utracono tak wiele wyjątkowości podczas kompresji do tego pojedynczego strumienia.

A przecież taka jest muzyka i uwielbiamy ją.

Ten jeden mikrofonowany strumień jest kodowany w AM lub FM. Tego właśnie brakowało.

Ignoruję stereo , to coś własnego.

W prostym systemie AM przesyłany sygnał jest podobny

$m(t)$

$m(t)$

$m(t)$$m(t)$

A jeśli potrzebujesz muzycznego sygnału audio, sumujesz wiele tonów o różnych częstotliwościach i amplitudach i różnicujesz je w sposób melodyczny.

Głos ma zarówno wysokość, tj. Częstotliwość, jak i głośność, które są dwoma oddzielnymi analogowymi strumieniami danych.

„Podziałka” / „częstotliwość”, „głośność” / „amplituda”. Te słowa należą do modelu który budujemy, aby zrozumieć dźwięk / głos / muzykę i ludzki słuch. Ale wiele zjawisk można modelować i rozumieć na różnych poziomach - czasami na wielu poziomach.

Innym sposobem opisania dźwięku jest pojedyncza wielkość, ciśnienie akustyczne , które zmienia się w czasie. (Zobacz odpowiedź Dave'a Tweeda ). Ciśnienie akustyczne to koncepcja należąca do niższego poziomu / bardziej prymitywnego modelu. Jest to również ilość, którą przekazuje modulacja radiowa AM lub FM.

Dlaczego absolutnie nikt nie odpowiada na to rażące pytanie ...?

IMO bardzo często zdarza się, że autorzy i nauczyciele koncentrują się na nauczaniu jednego konkretnego modelu jakiegoś zjawiska i tracą świadomość, że istnieją inne modele i inne poziomy zrozumienia. Ktoś, kto przede wszystkim interesuje się rozumieniem, w jaki sposób mózg przetwarza mowę lub muzykę, może zupełnie inaczej rozumieć, czym właściwie jest dźwięk, w porównaniu z kimś, kto jest zainteresowany projektowaniem radia. A jeśli obaj są wystarczająco zamknięci, mogą mieć gorącą kłótnię, która z nich jest „słuszna”.

Żadna z nich nie ma racji. Dźwięk w rzeczywistości nie jest tym, co mówi jeden z nich. Dźwięk jest właśnie tym, czym jest i mają różne sposoby jego rozumienia.

Wskazano, że chwilowy poziom sygnału jest tylko jednowymiarową zmienną zmieniającą się w czasie. Dlaczego więc zawracać sobie głowę sygnałami sinusoidalnymi? Ponieważ zarówno AM, jak i FM są wykorzystywane do przesyłania sygnału o ograniczonym paśmie przez sygnał nośny o wyższej częstotliwości, a najprostszym sygnałem o ograniczonym paśmie jest sygnał sinusoidalny, ponieważ ma on tylko jedną częstotliwość. AM jest dość prosty pod względem rozpiętości częstotliwości (i można podwoić pojemność za pomocą modulacji pasma bocznego), podczas gdy FM jest znacznie bardziej rozmyty i obejmuje rozkłady Ryżu, przy czym rozkład częstotliwości częściowo zależy od głębokości modulacji.

Tak czy inaczej, najprostszym sygnałem do analizy kombinacji częstotliwości nośnej i sygnału ograniczonego przez pasmo pozostaje sygnał sinusoidalny.

Nie wspomniano jeszcze, w jaki sposób FM to robi. Wielkość odchylenia częstotliwości od częstotliwości nośnej odpowiada amplitudzie. Wyższa częstotliwość to amplituda dodatnia, niższa to amplituda ujemna. Szybkość zmiany sygnału FM odpowiada częstotliwości.

Artykuł na Wiki zawiera ruchomy obraz dla AM i FM.

https://en.wikipedia.org/wiki/Frequency_modulation

Oprócz istniejących odpowiedzi, które wskazują na podstawowe nieporozumienie na temat sygnałów w ogóle, pozwólcie, że coś podkreślę. Ty piszesz:

Niemal każdy samouczek dotyczący modulacji AM / FM pokazuje sygnał modulujący jako coś w rodzaju prostego tonu lub ciągłej fali sinusoidalnej

Tak, i to doskonale w porządku bez utraty uogólnienia dzięki twierdzeniu Fouriera , zgodnie z którym większość sygnałów, na których nam zależy, można wyrazić jako sumę sinusów.

(Quasi) liniowość naszych urządzeń pozwala zatem na rozumowanie prostych sinusów, gwarantując, że wszystko zadziała nawet w obecności bardziej złożonych sygnałów - liniowość zasadniczo oznacza, że ​​podawanie sumy sinusów do urządzenia jest takie samo jak sumowanie wyniki karmienia n sinusów do n urządzeń.

Zgadzam się z tobą, że istnieją dwa osobne komponenty informacyjne fal dźwiękowych, wysokości (częstotliwości) i głośności (amplitudy).

Jak pokazano na ryc. 1 odpowiedzi Tranzystora, fala dźwiękowa nie tylko zmienia amplitudę , ale także zmienia częstotliwość . Amplituda dźwięku moduluje amplitudę nośnej, a jej częstotliwość moduluje częstotliwość nośnej. Zatem nośnik ma również oba komponenty informacyjne fali dźwiękowej. Po demodulacji nośnika odzyskuje się oba elementy informacyjne oryginalnej fali dźwiękowej.
Mamy nadzieję, że to wyjaśnia twoje niezrozumienie możliwości przewoźnika i wyjaśnia, że ​​ma on dwa (nie jeden) stopnie zmienności.