Как именно AM / FM передает как высоту, так и громкость голоса?

21

Почти в каждом уроке по AM / FM-модуляции модулирующий сигнал представлен в виде простого тона или непрерывной синусоидальной волны. Теперь это легко, и для AM вы просто накладываете модулирующий сигнал на несущую волну в виде огибающей и вуаля, а для FM вы постоянно и последовательно меняете частоту. но никто, кажется, не указывает на очевидную проблему ... Голос имеет как высоту звука, так и частоту, и громкость, которые являются двумя отдельными аналоговыми потоками данных. Ни учебник, ни объяснение, которое я видел, не предпринимают следующего, явно необходимого шага, чтобы объяснить, как оба аспекта передаются по радио схемам, которые, очевидно, могут принимать только одну степень изменения, то есть амплитуду для AM или частоту для FM.

TL; DR:

  1. Как AM или FM модуляция, каждая из которых имеет только одну модулируемую переменную, несет как высоту, так и громкость голоса, которые являются, по крайней мере, двумя различными аналоговыми потоками данных?

  2. Почему, кажется, абсолютно никто не обращается к этому вопиющему вопросу в каких-либо уроках / видео / рецензиях по радиомодуляции?

аааа аааа
источник
19
Вы понимаете, как модулируется сигнал, верно? Таким образом, он имеет частоту, которая представляет собой высоту звука (грубо говоря), и амплитуду, которая является «громкостью». Это не разные потоки . Это части одной и той же «волны», которая является «огибающей», скажем, AM-модулированного сигнала.
Евгений Ш.
2
Обе схемы модуляции модулируют амплитуду или частоту несущей со всеми аспектами аудиосигнала, хотя станции используют сжатие звука, чтобы избежать чрезмерной модуляции, которая приводит к серьезным искажениям и шуму боковой полосы.
Sparky256
12
frequency, and loudness, which are two separate analog data streams... это неверно .... это только один аналоговый поток данных
jsotola

Ответы:

41

Голос имеет как высоту звука, так и частоту, и громкость, которые являются двумя отдельными аналоговыми потоками данных.

Нет. Голос передается первоначально как один аналоговый «поток» волн звукового давления, в котором амплитуда изменения давления воздуха соответствует громкости (в этот момент), а скорость изменения задает высоту звука.

Нет учебника ... объясните, как оба аспекта передаются по радио схемам, которые, очевидно, могут принимать только одну степень вариации ...

Схемы AM и FM модуляции являются аналоговыми и называются аналоговыми, потому что модуляция является аналогичной ( прилагательное , сравнимое в определенных отношениях, обычно таким образом, который проясняет природу сравниваемых вещей) с исходным сигналом - голосом или музыкой.

Но мне также любопытно, почему этот следующий очевидный вопрос, который, кажется, никогда не возникает у людей, делающих эти учебные пособия и объяснения, и ответ на этот вопрос не так легко найти, поскольку я безрезультатно искал.

Может быть, у тебя есть возможность, когда ты это поймешь.

Учебные руководства демонстрируют результаты с синусоидальными сигналами, потому что в противном случае было бы невозможно увидеть модуляцию сложного сигнала в разумном масштабе на диаграмме.

введите описание изображения здесь

Рисунок 1. Упрощенный анализ стандарта AM из Википедии немного объясняет, о чем вы спрашиваете.

Обратите внимание на иллюстрации, что форма волны не синусоидальная, а произвольная. Также обратите внимание, что амплитудная модуляция просто следует за формой сигнала. Там не намного больше к этому. Микрофон преобразует голос в аналоговый электрический сигнал, а модулятор также модулирует несущую.

транзистор
источник
12
Aaaah. Я понял. Я чувствую себя немного глупо ... хотя, конечно, ни один учебник, который я видел, не рассматривает вторую часть, показывающую, как она работает со сложными волнами, но я полностью пропустил часть о мгновенной амплитуде в сравнении со скоростью изменения амплитуды, являющейся фактическое изменение частоты. Слей это. И все эти годы я этого не понимал.
аааа аааа
3
@ Sparky256: AM-радио появилось гораздо раньше, чем в 1950-х годах, - говорит Вики, широко распространенное вещание началось в 1920-х годах. FM был изобретен в 1933 году с экспериментальными трансляциями в 1934 году.
Питер Беннетт
3
Это хороший ответ! @aAaaaAaa; Одна вещь, которая помогла мне понять это, была, когда я понял, как потрясающе быстро несущая волна сравнивается с передаваемым звуком.
битмак
7
@bits: одна из вещей, которая удивила меня, когда я постарел, была осознание того, что некоторые частоты AM были не такими высокими. Европейская LW (длинноволновая) полоса начинается на частоте 148,5 кГц, что примерно в десять раз больше самых высоких звуковых частот, которые она будет передавать. (Может быть, вы даже не можете передавать звук 10 кГц по радио LW?)
Транзистор
2
@Transistor nyquist скажет вам, что вам нужен только носитель, в 2 раза превышающий максимальную частоту для AM.
фрик с трещоткой
26

Забудьте о радио - как вы думаете, голос передается по проводу, который имеет только «напряжение» - опять же, одна переменная?

Дело в том, что «высота» и «амплитуда» являются абстрактными параметрами однозначной функции времени. Фактически, вы можете накладывать много разных сигналов на разных частотах на один провод. Каждый компонент такой сложной формы волны имеет свою частоту, фазу и амплитуду, но мы все же можем отличить их друг от друга.

Можно преобразовать напряжение в амплитуду в AM-передатчике и преобразовать его в частоту в FM-передатчике. В обоих случаях сигнал может быть преобразован приемником обратно в копию того же сигнала напряжения, который в первую очередь создал модуляцию.

Так что, если вы считаете, что голос (и, в этом отношении, музыка) может передаваться по проводам, это простое расширение для передачи его в виде радиосигнала.

Дэйв Твид
источник
6
На самом деле, вы можете даже забыть о напряжении на проводе. Как звук голоса попадает изо рта одного человека в ухо другого человека в той же комнате? Опять же, это одно значение, мгновенное давление воздуха, которое меняется со временем.
@besmirched: Справедливо, но это сайт EE, поэтому мне нужно было оставить свой ответ по теме :-)
Дэйв Твид
Может быть, крошечные заряды, создаваемые стереоцилиями в ответ на изменения в подсчете давления?
12

Звук - это просто одномерный изменяющийся во времени сигнал. Микрофоны практически непрерывно отслеживают изменения давления воздуха. В любой момент времени это одно значение. Это значение является тем, что «модулируется» на носителе.

Этот одномерный изменяющийся во времени сигнал несет как громкость, так и высоту звука. Он может фактически содержать информацию громкости и высоты тона для множества разных голосов одновременно или для множества музыкальных инструментов одновременно и т. Д. В этом единственном изменяющемся во времени значении.

alex.forencich
источник
6

Голос имеет как высоту звука, так и частоту, и громкость, которые являются двумя отдельными аналоговыми потоками данных.

Их больше двух, полностью зависящих от того, как вы воспринимаете / анализируете это и что еще происходит на трассе. Там могут быть сотни песне My Bloody Valentine , у потоков есть потоки, и они идут в 11.

Что если мы заставим их всех поместиться в один поток данных?

Потому что это именно то, что происходит, когда все эти вещи попадают в среду воздуха , которая является врожденной средой для всех звуков. Он может обрабатывать только один поток данных , поэтому сжатие является принудительным.

Когда мы вставляем микрофон в этот эфир и получаем сигнал, мы получаем один поток данных. Отделение хриплой трели Билинды Батчер в припеве от того, что ее фазовый компрессор MP-41 (в частности) сделал со своей гитарой среди 16 других педалей эффектов в стеке ... Это невозможно. Потому что так много уникальности было потеряно при сжатии в этот единственный поток.

И все же, вот что такое музыка, и мы любим ее.

Этот один микрофонный поток - это то, что кодируется в AM или FM. Это то, что вы пропустили.

Я игнорирую стерео , это отдельная сделка.

Харпер - Восстановить Монику
источник
5

В простой системе AM передаваемый сигнал является чем-то вроде

Икс(T)знак равноA(1+м(T))грехωсT

м(T)

m(t)

m(t)m(t)

И если вы хотите музыкальный аудиосигнал, вы суммируете несколько тонов с разными частотами и амплитудами и меняете их мелодичным способом.

Фотон
источник
2

Голос имеет как высоту звука, так и частоту, и громкость, которые являются двумя отдельными аналоговыми потоками данных.

«Высота» / «частота», «громкость» / «амплитуда». Эти слова принадлежат модели, которую мы строим для понимания звука / голоса / музыки и человеческого слуха. Но многие явления можно смоделировать и понять на разных уровнях, иногда на многих уровнях.

Другой способ описать звук - это единичное значение , звуковое давление , которое меняется со временем. (См . Ответ Дэйва Твида ). Звуковое давление - это концепция более низкого уровня / более примитивной модели. Это также величина, которую передает AM или FM радиомодуляция.

Почему абсолютно никто не отвечает на этот вопиющий вопрос ...?

ИМО, авторы и преподаватели очень часто сосредотачиваются на обучении одной конкретной модели какого-либо явления, и они теряют понимание того, что существуют другие модели и другие уровни понимания. Кто-то, чей основной интерес заключается в понимании того, как человеческий мозг обрабатывает речь или музыку, может иметь совершенно другое понимание того, что звук «на самом деле», по сравнению с кем-то, кто заинтересован в разработке радиоприемников. И, если они оба достаточно закрыты, у них может быть горячий аргумент о том, какой из них «прав».

Ни один из них не прав. На самом деле звук - это не то, что говорит один из них. Звук - это то, что есть, и у них разные способы его понять.


источник
0

Было отмечено, что мгновенный уровень сигнала является просто одномерной переменной, изменяющейся во времени. Так зачем беспокоиться о синусоидальных сигналах? Потому что и AM, и FM используются для передачи сигнала с ограниченной полосой пропускания через сигнал несущей с более высокой частотой, а самый простой сигнал с ограниченной полосой пропускания является синусоидальным, поскольку он имеет только одну частоту. АМ довольно прост в отношении его частотного разброса (и вы можете удвоить пропускную способность, используя модуляцию боковой полосы), тогда как ЧМ является довольно размытым и включает в себя распределения Райса, причем разброс частот частично зависит от глубины модуляции.

В любом случае, самый простой сигнал для анализа комбинации несущей частоты и сигнала с ограниченной полосой остается синусоидальным.


источник
Я думаю, что они хотели спросить, почему больше сигналов произвольной формы не используются чаще в качестве сигнала для отправки в примерах. Я не думаю, что они спрашивали, почему несущая волна является синусоидальной.
Кайл А
0

Пока не упоминается, как FM это делает. Величина отклонения частоты от несущей частоты соответствует амплитуде. Более высокая частота - положительная амплитуда, более низкая частота - отрицательная амплитуда. Скорость изменения FM-сигнала соответствует частоте.

Статья Wiki включает в себя движущееся изображение для AM и FM.

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

rcgldr
источник
Конечно, но это никоим образом не решает вопрос или основополагающее заблуждение, ведущее его. Ответы должны либо отвечать на вопрос, либо объяснять, почему он ошибается, а не делать комментарии по касательной.
Крис Страттон
@ChrisStratton - ОП спросил, как передается информация о частоте и громкости. Мой ответ был конкретным для FM, поскольку уже есть другие ответы для AM. Я предположил, что отметка амплитуды, относящейся к частоте, объясняет, как передается информация громкости, и что скорость изменения этой амплитуды информации об амплитуде объясняет, как передается информация о частоте. Анимированное изображение в статье вики показывает это довольно хорошо.
rcgldr
0

В дополнение к существующим ответам, которые указывают на фундаментальное неправильное представление о сигналах в целом, позвольте мне указать на кое-что. Ты пишешь:

Почти в каждом уроке по AM / FM-модуляции модулирующий сигнал представлен в виде простого тона или непрерывной синусоидальной волны.

Да, и это прекрасно без потери обобщения благодаря теореме Фурье , согласно которой большинство сигналов, которые нас интересуют, можно выразить в виде суммы синусов.

Тогда (квази) линейность наших устройств делает возможным рассуждать о простых синусах, гарантирующих, что все будет работать даже при наличии более сложных сигналов - линейность по существу означает, что подача суммы синусов на устройство такая же, как и суммирование результаты подачи n синусов на n устройств.

Тобия Тесан
источник
Я рассмотрел добавление комментария к Фурье в своем ответе, но решил, что он охватывает только периодические сигналы, и общая музыка и голос не подпадают под эту категорию.
Транзистор
На самом деле это не моя сфера деятельности, и я не думаю, что углубление в глубину поможет OP, поэтому я думаю, что некоторые махать руками - это нормально, но, насколько я понимаю, непериодический сигнал, такой как речь, просто считается кусочно-периодическим чтобы использовать теорему Фурье. И вот, мы все еще можем купить MP3 Милли Ванилли.
Тобиа Тесан
0

Я согласен с вами, что есть две отдельные информационные составляющие звуковых волн: высота (частота) и громкость (амплитуда).

Как показано на рис. 1 ответа Транзистора, звуковая волна не только изменяется по амплитуде , но и по частоте . Амплитуда звука модулирует амплитуду несущей, а его частота модулирует частоту несущей. Таким образом, носитель также имеет обе информационные составляющие звуковой волны. После демодуляции носителя обе информационные составляющие исходной звуковой волны восстанавливаются.
Надеюсь, это прояснит ваше недопонимание возможностей перевозчика и прояснит, что у него есть две (не одна) степень изменчивости.

Guill
источник
Посмотрите еще раз на мой рисунок 1. Вы можете видеть, что частота AM постоянна. Существует только одна степень изменчивости - амплитуда. Вы упускаете что-то в своем понимании модуляции.
Транзистор
Вы делаете ту же ошибку, что и плакат: амплитуда не может быть отделена от частоты, у вас есть только силы (и фазы) частотных составляющих, или, другими словами, частота присутствует, только если она не имеет нулевая величина. Чтобы действительно понять первоначальную ошибку, подумайте, как передается тембр, то есть как мы слышим трубу в отличие от кларнета. Это третья степень свободы? Нет. Это просто другая комбинация частотных составляющих (на кларнете даже нет обертонов). То же самое касается нескольких инструментов или нескольких людей, говорящих одновременно.
Крис Страттон,
Но тогда Транзистор также ошибочен - частота АМ-сигнала не является ни постоянной, ни единственной, если бы не было информационного наполнения. Все содержимое информации находится в боковых полосах, смещенных по частоте от центральной или несущей частотной составляющей. Все, что делает носитель, служит в качестве эталона, разрешающего более простые детекторы, против необходимости вручную или алгоритмически настраивать местный генератор, питающий детектор продукта, который был бы необходим, если бы была удалена ненужная мощность в компоненте несущей с постоянной частотой (как долгая процедура вне прежнего наследия). настройки)
Крис Страттон
@Transistor: Частота, на которую я ссылаюсь - это звук. Вы можете ясно видеть, что левая сторона волны имеет более высокую частоту, чем правая половина. Звук не имеет постоянной частоты (или амплитуды).
Guill
@Guill: Но это не совсем то, что вы сказали. « Амплитуда звука, модулирует амплитуду несущей, в то время как его частота модулирует частоту несущей. »
Транзистор