In che modo esattamente AM / FM trasporta sia il tono che il volume della voce?

Quasi ogni tutorial sulla modulazione AM / FM mostra il segnale di modulazione come qualcosa di simile a un tono semplice o un'onda sinusoidale continua. Ora è facile, e per AM hai semplicemente sovrapposto il segnale modulante sull'onda portante come un inviluppo e voilà, e per FM hai continuamente e costantemente variare la frequenza. ma nessuno sembra sottolineare l'ovvio problema ... La voce ha sia l'intonazione, cioè la frequenza, sia il volume, che sono due flussi di dati analogici separati. Nessun tutorial o spiegazione che ho visto fa quindi il passo successivo, palesemente necessario, per spiegare come entrambi gli aspetti sono trasmessi su schemi radio che apparentemente possono prendere solo un grado di variazione, cioè l'ampiezza per AM o la frequenza per FM.

TL; DR:

1. In che modo la modulazione AM o FM, ognuna delle quali ha una sola variabile modulabile, trasporta sia l'intonazione che il volume della voce, che sono almeno due distinti flussi analogici di dati?

2. Perché nessuno sembra affrontare questa domanda lampante in nessun tutorial / video / scrittura sulla modulazione radio?

La voce ha sia il tono, cioè la frequenza, sia il volume, che sono due flussi di dati analogici separati.

No. La voce viene inizialmente trasmessa come un "flusso" analogico di onde di pressione sonora in cui l'ampiezza della variazione della pressione dell'aria corrisponde al volume (in quell'istante) e la velocità di variazione indica l'intonazione.

Nessun tutorial ... spiega come entrambi gli aspetti sono trasmessi su schemi radio che apparentemente possono avere solo un grado di variazione, ...

Gli schemi di modulazione AM e FM sono analogici e sono chiamati analogici perché la modulazione è analoga ( aggettivo , comparabile per certi aspetti, in genere in un modo che rende più chiara la natura delle cose rispetto) al segnale originale - voce o musica.

Ma sono anche curioso di sapere perché questa prossima ovvia domanda che sembra non sorgere mai per le persone che fanno questi tutorial e spiegazioni, né la risposta è facilmente reperibile là fuori, poiché ho cercato inutilmente.

Forse c'è un'opportunità per te lì quando lo capisci.

I tutorial dimostrano i risultati con segnali sinusoidali perché altrimenti sarebbe impossibile vedere la modulazione di un segnale complesso su una scala ragionevole su un diagramma.

Figura 1. L' analisi semplificata dell'AM standard di Wikipedia fa un po 'strada per descrivere ciò che stai chiedendo.

Si noti nell'illustrazione che la forma d'onda non è sinusoidale ma è una forma d'onda arbitraria. Notare anche che la modulazione di ampiezza segue solo la forma d'onda del segnale. Non c'è molto altro. Il microfono convertirà la voce in un segnale elettrico analogico e anche il modulatore modulerà il vettore in modo analogo.

Dimentica la radio - come pensi che la voce sia trasmessa su un filo, che ha solo "tensione" - di nuovo, una singola variabile?

Il punto è che "intonazione" e "ampiezza" sono parametri astratti di una funzione del tempo a valore singolo. In effetti, puoi sovrapporre molti segnali diversi a frequenze diverse su un singolo filo. Ogni componente di una forma d'onda così complessa ha la sua frequenza, fase e ampiezza, eppure possiamo ancora distinguerli.

È possibile convertire la tensione in ampiezza in un trasmettitore AM e convertirla in frequenza in un trasmettitore FM. In entrambi i casi, il segnale può essere riconvertito dal ricevitore in una replica della stessa forma d'onda di tensione che ha creato la modulazione in primo luogo.

Quindi, se credi che la voce (e la musica, per quella materia) possano essere trasmesse su un filo, è una semplice estensione per trasmetterlo come segnale radio.

Il suono è solo un segnale che varia nel tempo unidimensionale. I microfoni rilevano essenzialmente variazioni continue della pressione dell'aria. In qualsiasi momento, questo è un valore singolo. Questo valore è ciò che viene "modulato" sul corriere.

Questo segnale unidimensionale che varia nel tempo trasporta sia il volume che l'informazione del tono. Può effettivamente contenere il volume e le informazioni di intonazione per molte voci diverse contemporaneamente o molti strumenti musicali allo stesso tempo, ecc. In questo singolo valore variabile nel tempo.

La voce ha sia il tono, cioè la frequenza, sia il volume, che sono due flussi di dati analogici separati.

Ce ne sono più di due, a seconda del modo in cui lo percepisci / analizzi e cos'altro sta succedendo, in pista. Ci potrebbero essere centinaia in una mia canzone Bloody Valentine, i flussi sono flussi e vanno a 11.

E se li costringessimo ad adattarci tutti a un flusso di dati?

Perché è esattamente ciò che accade quando tutte queste cose entrano nel mezzo dell'aria , che è il mezzo innato per tutti i suoni. Può gestire solo un flusso di dati , quindi la compressione è forzata.

Quando mettiamo un microfono in quell'aria e otteniamo una forma d'onda, stiamo ottenendo l'unico flusso di dati. Separare il respiro trillo di Bilinda Butcher nel ritornello da quello che il suo compressore di fase MP-41 (in particolare) ha fatto alla sua chitarra tra gli altri 16 pedali di effetti nello stack ... È impossibile. Perché tanta unicità è andata perduta nella compressione in quel singolo flusso.

Eppure, ecco cos'è la musica e la adoriamo.

Questo flusso microfonico è la cosa che viene codificata su AM o FM. Questo è quello che ti sei perso.

Sto ignorando lo stereo , è un affare tutto suo.

In un semplice sistema AM, il segnale trasmesso è simile

$m(t)$

$m(t)$

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

E se si desidera un segnale audio musicale, si sommano più toni con frequenze e ampiezze diverse e li si varia in modo melodico.

La voce ha sia il tono, cioè la frequenza, sia il volume, che sono due flussi di dati analogici separati.

"Pitch" / "frequency", "loudness" / "ampiezza". Queste parole appartengono a un modello che costruiamo per comprendere suono / voce / musica e udito umano. Ma molti fenomeni possono essere modellati e compresi su diversi livelli - a volte, su molti livelli.

Un altro modo per descrivere il suono è con una singola quantità, la pressione del suono , che varia nel tempo. (Vedi la risposta di Dave Tweed ). La pressione sonora è un concetto che appartiene a un livello inferiore / modello più primitivo. È anche la quantità trasmessa dalla modulazione radio AM o FM.

Perché nessuno sembra affrontare questa domanda lampante ...?

IMO, è molto comune per gli autori e gli educatori concentrarsi sull'insegnamento di un particolare modello di alcuni fenomeni, e perdono traccia del fatto che ci sono altri modelli e altri livelli di comprensione. Qualcuno che ha il principale interesse è capire come il cervello umano elabora il discorso o la musica può avere una comprensione completamente diversa del suono "in realtà" rispetto a qualcuno che è interessato a progettare le radio. E, se entrambi hanno una mentalità sufficientemente chiusa, possono avere un'accesa discussione su quale di essi sia "giusto".

Nessuno dei due ha ragione. Il suono non è in realtà quello che dice uno di loro. Il suono è proprio quello che è e hanno diversi modi di capirlo.

È stato sottolineato che il livello del segnale istantaneo è solo una variabile unidimensionale che varia nel tempo. Allora perché preoccuparsi dei segnali sinusoidali? Poiché sia ​​AM che FM vengono utilizzati per trasmettere un segnale a banda limitata attraverso un segnale portante a frequenza più alta, e il segnale più semplice a banda limitata è un segnale sinusoidale in quanto ha una sola frequenza. AM è piuttosto semplice per quanto riguarda la sua diffusione di frequenza (e puoi raddoppiare la capacità usando la modulazione della banda laterale) mentre FM è piuttosto più sfocato e coinvolge le distribuzioni di Rice, con la diffusione della frequenza in parte dipendente dalla profondità della modulazione.

In entrambi i casi, il segnale più semplice per analizzare la combinazione di una frequenza portante e un segnale a banda limitata rimane un segnale sinusoidale.

Non ancora menzionato è come FM fa questo. La quantità di deviazione di frequenza dalla frequenza portante corrisponde all'ampiezza. La frequenza più alta è l'ampiezza positiva, la frequenza più bassa è l'ampiezza negativa. La velocità di variazione del segnale FM corrisponde alla frequenza.

L'articolo Wiki include un'immagine in movimento sia per AM che per FM.

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

Oltre alle risposte esistenti che sottolineano il malinteso fondamentale sui segnali in generale, vorrei evidenziare qualcosa. Scrivi:

Quasi ogni tutorial sulla modulazione AM / FM mostra il segnale di modulazione come qualcosa di simile a un tono semplice o un'onda sinusoidale continua

Sì, e questo va benissimo senza perdita di generalizzazione grazie al teorema di Fourier , secondo il quale la maggior parte dei segnali a cui teniamo può essere espressa come una somma di seni.

La (quasi) linearità dei nostri dispositivi rende quindi ammissibile la ragione di semplici seni garantendo che le cose funzioneranno anche in presenza di segnali più complessi - la linearità significa essenzialmente che alimentare una somma di seni a un dispositivo è lo stesso di sommare il risultati dell'alimentazione di n seno a n dispositivi.

Concordo con te sul fatto che esistono due componenti informative separate di onde sonore, tono (frequenza) e volume (ampiezza).

Come mostrato nella figura 1 della risposta del Transistor, non solo l'onda sonora varia in ampiezza , ma varia anche in frequenza . L'ampiezza del suono, modula l'ampiezza del portatore, mentre la sua frequenza modula la frequenza del portatore. Quindi il vettore ha anche entrambi i componenti informativi dell'onda sonora. Dopo la demodulazione del vettore , vengono recuperati entrambi i componenti informativi dell'onda sonora originale.
Spero che questo chiarisca il tuo fraintendimento delle capacità del corriere e chiarisca che ha due (non uno) gradi di variabilità.