Wie genau überträgt AM / FM sowohl Tonhöhe als auch Lautstärke?

Nahezu jedes Tutorial zur AM / FM-Modulation zeigt das modulierende Signal als einen einfachen Ton oder eine kontinuierliche Sinuswelle. Das ist ganz einfach, und für AM überlagern Sie das modulierende Signal einfach der Trägerwelle als Hüllkurve und Voila, und für FM ändern Sie die Frequenz kontinuierlich und konsistent. aber niemand scheint auf das offensichtliche Problem hinzuweisen ... Stimme hat sowohl Tonhöhe, dh Frequenz, als auch Lautstärke, die zwei separate analoge Datenströme sind. Ich habe weder ein Tutorial noch eine Erklärung gesehen, um zu erklären, wie beide Aspekte über Funk übertragen werden, die anscheinend nur einen Variationsgrad annehmen können, dh die Amplitude für AM oder die Frequenz für FM.

TL; DR:

1. Wie überträgt die AM- oder FM-Modulation, von denen jede nur eine modulierbare Variable hat, sowohl die Tonhöhe als auch die Lautstärke der Sprache, die mindestens zwei unterschiedliche analoge Datenströme sind?

2. Warum scheint absolut niemand diese eklatante Frage in Tutorials / Videos / Aufzeichnungen zur Funkmodulation anzusprechen?

Die Stimme hat sowohl Tonhöhe, dh Frequenz, als auch Lautstärke, die zwei separate analoge Datenströme sind.

Die Stimme wird anfänglich als ein analoger "Strom" von Schalldruckwellen übertragen, bei dem die Amplitude der Luftdruckänderung der Lautstärke (zu diesem Zeitpunkt) entspricht und die Änderungsrate die Tonhöhe ergibt.

Kein Tutorial ... erklären [s], wie beide Aspekte über Funkschemata übertragen werden, die anscheinend nur einen Variationsgrad annehmen können, ...

Die AM- und FM-Modulationsschemata sind analog und werden als analog bezeichnet, da die Modulation analog ( Adjektiv , in gewisser Hinsicht vergleichbar, typischerweise auf eine Weise, die die Natur der verglichenen Dinge klarer macht) zum ursprünglichen Signal ist - Stimme oder Musik.

Aber ich bin auch neugierig, warum diese nächste offensichtliche Frage, die den Leuten, die diese Tutorials und Erklärungen machen, nie auftaucht, noch die Antwort leicht zu finden ist, da ich erfolglos gesucht habe.

Vielleicht gibt es eine Gelegenheit für Sie, wenn Sie es herausfinden.

Die Tutorials demonstrieren die Ergebnisse mit sinusförmigen Signalen, da sonst die Modulation eines komplexen Signals in einem Diagramm nicht in einem vernünftigen Maßstab zu sehen wäre.

Abbildung 1. Die vereinfachte Analyse von Standard-AM aus Wikipedia beschreibt ein wenig, was Sie fragen.

Beachten Sie in der Abbildung, dass die Wellenform nicht sinusförmig ist, sondern eine beliebige Wellenform. Beachten Sie auch, dass die Amplitudenmodulation nur der Signalwellenform folgt. Es gibt nicht viel mehr. Das Mikrofon wandelt die Stimme in ein analoges elektrisches Signal um und der Modulator moduliert den Träger ebenfalls analog.

Vergiss das Radio - wie denkst du, wird Sprache über eine Leitung übertragen, die nur "Spannung" hat - wieder eine einzige Variable?

Der Punkt ist, "Tonhöhe" und "Amplitude" sind abstrakte Parameter einer einwertigen Funktion der Zeit. Tatsächlich können Sie viele verschiedene Signale mit verschiedenen Frequenzen auf einem einzigen Draht überlagern. Jede Komponente einer solch komplexen Wellenform hat ihre eigene Frequenz, Phase und Amplitude, aber wir können sie trotzdem unterscheiden.

In einem AM-Sender kann Spannung in Amplitude und in einem FM-Sender in Frequenz umgewandelt werden. In beiden Fällen kann das Signal vom Empfänger in eine Kopie derselben Spannungswellenform zurückgewandelt werden, die die Modulation überhaupt erst erzeugt hat.

Wenn Sie also der Meinung sind, dass Sprache (und Musik) über eine Leitung übertragen werden können, ist es eine einfache Erweiterung, sie als Funksignal zu übertragen.

Ton ist nur ein eindimensionales zeitveränderliches Signal. Mikrofone verfolgen im Wesentlichen kontinuierlich Luftdruckschwankungen. Dies ist zu jedem Zeitpunkt ein einzelner Wert. Dieser Wert wird auf den Träger "moduliert".

Dieses eindimensionale zeitveränderliche Signal enthält sowohl die Lautheits- als auch die Tonhöheninformation. Es kann tatsächlich die Lautheits- und Tonhöheninformationen für viele verschiedene Stimmen zur gleichen Zeit oder für viele Musikinstrumente zur gleichen Zeit usw. in diesem einzigen zeitveränderlichen Wert enthalten.

Die Stimme hat sowohl Tonhöhe, dh Frequenz, als auch Lautstärke, die zwei separate analoge Datenströme sind.

Es gibt mehr als zwei, je nachdem, wie Sie es wahrnehmen / analysieren und was sonst noch auf der Strecke vor sich geht. Es könnten Hunderte sein in einem My Bloody Valentine-Song sein, die Streams haben Streams und sie gehen auf 11.

Was wäre, wenn wir sie alle dazu zwingen würden, in einen Datenstrom zu passen?

Denn genau das passiert, wenn all diese Dinge in das Medium Luft eintreten , das das angeborene Medium für alle Geräusche ist. Es kann nur einen Datenstrom verarbeiten , daher wird die Komprimierung erzwungen.

Wenn wir ein Mikrofon in diese Luft stecken und eine Wellenform erhalten, erhalten wir den einen Datenstrom. Die Trennung von Bilinda Butchers atemlosem Triller im Refrain von dem, was ihr MP-41-Phasenkompressor (besonders) mit ihrer Gitarre gemacht hat, unter den 16 anderen Effektpedalen im Stack ... Es ist unmöglich. Weil bei der Komprimierung in diesen einzelnen Stream so viel Einzigartigkeit verloren gegangen ist.

Und doch ist Musik das, und wir lieben sie.

Dieser eine mikrofonierbare Stream wird auf AM oder FM codiert. Das haben Sie vermisst.

Ich ignoriere Stereo , das ist eine eigene Sache.

In einem einfachen AM-System ist das übertragene Signal ungefähr so

$m(t)$

$m(t)$ selbst sinusförmig.

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

Und wenn Sie ein musikalisches Audiosignal wünschen, addieren Sie mehrere Töne mit unterschiedlichen Frequenzen und Amplituden und variieren sie auf melodische Weise.

Die Stimme hat sowohl Tonhöhe, dh Frequenz, als auch Lautstärke, die zwei separate analoge Datenströme sind.

"Tonhöhe" / "Frequenz", "Lautstärke" / "Amplitude". Diese Wörter gehören zu einem Modell , das wir konstruieren, um Klang / Stimme / Musik und menschliches Gehör zu verstehen. Aber viele Phänomene können auf verschiedenen Ebenen modelliert und verstanden werden - manchmal auf vielen Ebenen.

Eine andere Art, Schall zu beschreiben, besteht in einer einzelnen Größe, dem Schalldruck , der mit der Zeit variiert. (Siehe Dave Tweeds Antwort ). Schalldruck ist ein Konzept, das zu einem primitiveren Modell gehört. Dies ist auch die Menge, die die AM- oder FM-Radiomodulation überträgt.

Warum scheint absolut niemand diese eklatante Frage anzusprechen ...?

IMO ist es für Autoren und Pädagogen weit verbreitet, sich auf die Vermittlung eines bestimmten Modells eines Phänomens zu konzentrieren, und sie verlieren den Überblick darüber, dass es andere Modelle und andere Verständnisebenen gibt. Jemand, dessen Hauptinteresse darin besteht, zu verstehen, wie menschliche Gehirne Sprache oder Musik verarbeiten, kann ein völlig anderes Verständnis davon haben, was Klang "tatsächlich ist" als jemand, der an der Gestaltung von Radios interessiert ist. Und wenn beide ausreichend geschlossen sind, können sie sich heftig darüber streiten, welcher von ihnen "richtig" ist.

Keiner von ihnen ist richtig. Ton ist eigentlich nicht das, was einer von ihnen sagt. Sound ist genau das, was er ist, und sie haben unterschiedliche Arten, ihn zu verstehen.

Es wurde darauf hingewiesen, dass der momentane Signalpegel nur eine eindimensionale zeitvariable Variable ist. Warum also mit Sinussignalen? Weil sowohl AM als auch FM zur Übertragung von a verwendet werden bandbegrenzten Signals verwendet werden Signals über ein höherfrequentes Trägersignal verwendet werden und das einfachste bandbegrenzte Signal ein Sinussignal ist, da es nur eine einzige Frequenz hat. AM ist in Bezug auf die Frequenzspreizung recht einfach (und Sie können die Kapazität durch Verwendung der Seitenbandmodulation verdoppeln), während FM viel unschärfer ist und Reisverteilungen umfasst, wobei die Frequenzspreizung teilweise von der Modulationstiefe abhängt.

In jedem Fall bleibt das einfachste Signal zum Analysieren der Kombination einer Trägerfrequenz und eines bandbegrenzten Signals ein Sinussignal.

Nicht erwähnt ist, wie FM das macht. Der Betrag der Frequenzabweichung von der Trägerfrequenz entspricht der Amplitude. Höhere Frequenz ist positive Amplitude, niedrigere Frequenz ist negative Amplitude. Die Änderungsrate des FM-Signals entspricht der Frequenz.

Der Wiki-Artikel enthält ein Bewegtbild für AM und FM.

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

Lassen Sie mich zusätzlich zu den vorhandenen Antworten, die auf das grundlegende Missverständnis über Signale im Allgemeinen hinweisen, auf etwas hinweisen. Du schreibst:

Nahezu jedes Tutorial zur AM / FM-Modulation zeigt das modulierende Signal als einen einfachen Ton oder eine kontinuierliche Sinuswelle

Ja, und dank des Fourier-Theorems ist das völlig in Ordnung, ohne dass die Verallgemeinerung verloren geht , nach dem die meisten Signale, die uns interessieren, als Summe von Sinus ausgedrückt werden können.

Die (quasi) Linearität unserer Geräte erlaubt es dann, über einfache Sinuswerte nachzudenken, die garantieren, dass die Dinge auch bei komplexeren Signalen funktionieren - Linearität bedeutet im Wesentlichen, dass die Eingabe einer Sinussumme in ein Gerät der Summierung der Sinussumme entspricht Ergebnisse der Zuführung von n Sinus zu n Geräten.

Ich stimme Ihnen zu, dass es zwei separate Informationskomponenten gibt für Schallwellen gibt, Tonhöhe (Frequenz) und Lautstärke (Amplitude).

Wie in Abb. 1 der Antwort von Transistor gezeigt, variiert die Schallwelle nicht nur in der Amplitude , sondern auch in Frequenz . Die Amplitude des Schalls moduliert die Amplitude des Trägers, während seine Frequenz die Frequenz des Trägers moduliert. Der Träger hat also auch beide Informationskomponenten der Schallwelle. Nachdem der Träger demoduliert ist , werden beide Informationskomponenten der ursprünglichen Schallwelle wiederhergestellt.
Hoffentlich klärt Ihr Missverständnis von den Fähigkeiten des Trägers und macht deutlich , dass es zwei (nicht ein) Grad an Variabilität.