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

21

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?

aaaa aaaa
źródło
19
Rozumiesz, jak modulowany jest sygnał, prawda? Ma więc częstotliwość, która jest wysokością (z grubsza mówiąc), i amplitudę - która jest „głośnością”. To nie są różne strumienie . Są to części tej samej „fali”, która jest „obwiednią”, powiedzmy sygnału modulowanego AM.
Eugene Sh.
2
Oba schematy modulacji modulują amplitudę lub częstotliwość nośną we wszystkich aspektach sygnału audio, chociaż stacje wykorzystują kompresję dźwięku, aby uniknąć nadmiernej modulacji, która prowadzi do poważnych zniekształceń i szumów pasma bocznego.
Sparky256,
12
frequency, and loudness, which are two separate analog data streams... to jest niepoprawne ... to tylko jeden analogowy strumień danych
jsotola,

Odpowiedzi:

41

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.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

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.

Tranzystor
źródło
12
Aaaa Mam to teraz. Czuję się trochę głupio ... chociaż z pewnością żaden samouczek, którego nie widziałem, dotyczy drugiej części, pokazując, jak to działa ze złożonymi falami, ale całkowicie przegapiłem tę część dotyczącą chwilowej amplitudy w porównaniu do szybkości zmiany amplitudy, która jest rzeczywista zmiana częstotliwości. Cholera. I przez te wszystkie lata nie rozumiałem.
aAaa aAaa
3
@ Sparky256: Radio AM istniało znacznie wcześniej niż w latach 50. XX wieku - Wiki twierdzi, że rozpowszechnianie transmisji rozpoczęło się w latach 20. XX wieku. FM zostało wynalezione w 1933 r., A eksperymentalne transmisje odbyły się w 1934 r.
Peter Bennett,
3
To dobra odpowiedź! @aAaaaAaa; jedna rzecz pomogła mi to zrozumieć, kiedy zdałem sobie sprawę, jak niesamowicie szybko fala nośna jest porównywana z przesyłanym dźwiękiem.
bitsmack,
7
@bits: Jedną z rzeczy, która mnie zaskoczyła w miarę starzenia się, była świadomość, że niektóre częstotliwości AM nie były aż tak wysokie. Europejskie pasmo LW (długofalowe) zaczyna się od 148,5 kHz, co stanowi około dziesięć razy więcej niż najwyższe częstotliwości audio, które będzie nadawał. (Może nie możesz nawet przesyłać dźwięku 10 kHz przez radio LW?)
Tranzystor
2
@Transistor nyquist powiedziałby ci, że potrzebujesz tylko nośnika 2x wyższego niż najwyższa częstotliwość dla AM.
ratchet maniak
26

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.

Dave Tweed
źródło
6
W rzeczywistości możesz nawet zapomnieć o napięciu na przewodzie. Jak dźwięk głosu dociera z ust jednej osoby do ucha innej osoby w tym samym pomieszczeniu? Ponownie, jest to jedna wartość, chwilowe ciśnienie powietrza, które zmienia się w czasie.
@besmirched: Słuszna uwaga, ale to jest strona EE, więc musiałem trzymać moją odpowiedź na ten temat :-)
Dave Tweed
Może liczą się niewielkie ładunki powstałe w wyniku stereocilii w odpowiedzi na zmiany ciśnienia?
12

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.

alex.forencich
źródło
6

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.

Harper - Przywróć Monikę
źródło
5

W prostym systemie AM przesyłany sygnał jest podobny

x(t)=A(1+m(t))sinωct

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.

The Photon
źródło
2

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.


źródło
0

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.


źródło
Myślę, że chcieli zapytać, dlaczego więcej arbitralnych przebiegów nie jest używanych częściej jako sygnał do wysłania w przykładach. Nie sądzę, żeby pytali, dlaczego fala nośna jest falą sinusoidalną.
Kyle A,
0

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

rcgldr
źródło
Jasne, ale to w żaden sposób nie odnosi się do pytania ani do fundamentalnego nieporozumienia, które je prowadzi. Odpowiedzi muszą albo odpowiedzieć na pytanie, albo wyjaśnić, dlaczego się myli, a nie stawiać komentarzy stycznych.
Chris Stratton
@ChrisStratton - OP zapytał, w jaki sposób przesyłane są informacje o częstotliwości i głośności. Moja odpowiedź była specyficzna dla FM, ponieważ istnieją już inne odpowiedzi dla AM. Założyłem, że odnotowanie amplitudy związanej z częstotliwością wyjaśnia, w jaki sposób przesyłana jest informacja o głośności, oraz że szybkość zmian tej amplitudy, informacja o amplitudzie, wyjaśnia, w jaki sposób przesyłana jest informacja o częstotliwości. Animowany obraz w artykule wiki pokazuje to dość dobrze.
rcgldr
0

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.

Tobia Tesan
źródło
W odpowiedzi zastanawiałem się nad dodaniem komentarza do Fouriera, ale zdecydowałem, że dotyczy on tylko sygnałów okresowych, a ogólna muzyka i głos nie pasują do tej kategorii.
Tranzystor
To nie jest tak naprawdę moje pole i nie sądzę, że zbyt głęboka głębia pomoże OP, więc myślę, że niektóre falowanie rąk jest w porządku, ale rozumiem, że nieperiodyczny sygnał, taki jak mowa, jest po prostu uważany za fragmentarycznie okresowy w celu wykorzystania twierdzenia Fouriera. I nadal możemy uzyskać pliki MP3 Milli Vanilli.
Tobia Tesan,
0

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.

Guill
źródło
Jeszcze raz spójrz na mój rysunek 1. Widać, że częstotliwość AM jest stała. Istnieje tylko jeden stopień zmienności - amplituda. Brakuje czegoś w rozumieniu modulacji.
Tranzystor
Popełniasz ten sam błąd co plakat - amplitudy nie da się tak naprawdę oddzielić od częstotliwości, masz tylko siły (i fazy) składowych częstotliwości, lub inaczej mówiąc, częstotliwość jest obecna tylko wtedy, gdy nie ma zero wielkości. Aby naprawdę zrozumieć pierwotny błąd, zastanów się, w jaki sposób przekazywana jest barwa, tj. Jak słyszymy trąbkę w odróżnieniu od klarnetu. Czy to trzeci stopień wolności? Nie. To po prostu inna kombinacja sił składowych częstotliwości (nawet klarnet brakuje podtekstów). To samo dotyczy wielu instrumentów lub wielu osób rozmawiających jednocześnie.
Chris Stratton,
Ale wtedy tranzystor też jest błędny - częstotliwość sygnału AM nie jest ani stała, ani pojedyncza, gdyby nie było treści informacyjnej. Zawartość informacji jest w pasmach bocznych przesuniętych częstotliwościowo od centralnego lub częstotliwościowego komponentu częstotliwości. Wszystko, co robi nośnik, służy jako odniesienie pozwalające na prostsze detektory, zamiast konieczności ręcznego lub algorytmicznego dostrajania lokalnego oscylatora zasilającego detektor produktu, który byłby potrzebny, gdyby energia odpadowa w składniku o stałej częstotliwości została usunięta (tak długa rutyna poza spuścizną ustawienia)
Chris Stratton,
@Tranzystor: Częstotliwość, o której mówię, to dźwięk. Widać wyraźnie, że lewa strona fali ma wyższą częstotliwość niż prawa połowa. Dźwięk nie ma stałej częstotliwości (ani amplitudy).
Guill
@Guill: Ale to nie do końca to, co powiedziałeś. „ Amplituda dźwięku moduluje amplitudę nośnika, a jego częstotliwość moduluje częstotliwość nośnika.
Tranzystor