Comment AM / FM transmet-il exactement la hauteur et l'intensité de la voix?

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Presque tous les tutoriels sur la modulation AM / FM montrent le signal de modulation comme quelque chose comme une tonalité simple ou une onde sinusoïdale continue. Maintenant, c'est facile, et pour AM, vous superposez simplement le signal de modulation sur l'onde porteuse comme une enveloppe, et le tour est joué, et pour FM, vous modifiez la fréquence de manière continue et cohérente. mais personne ne semble signaler le problème évident ... La voix a à la fois la hauteur, c'est-à-dire la fréquence, et le volume, qui sont deux flux de données analogiques distincts. Aucun tutoriel ni explication que j'ai vu ne prend alors la prochaine étape, manifestement nécessaire, pour expliquer comment les deux aspects sont transmis sur des schémas radio qui ne peuvent apparemment prendre qu'un degré de variation, à savoir l'amplitude pour AM ou la fréquence pour FM.

TL; DR:

  1. Comment la modulation AM ou FM, dont chacune n'a qu'une seule variable modulable, transporte-t-elle à la fois la hauteur et le volume de la voix, qui sont au moins deux flux analogiques de données distincts?

  2. Pourquoi absolument personne ne semble aborder cette question flagrante dans des tutoriels / vidéos / articles sur la modulation radio?

modulation fm amplitude-modulation aAaa aAaa
la source
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Vous comprenez comment un signal est modulé, non? Il a donc la fréquence, qui est une hauteur (grosso modo), et l'amplitude - qui est le "volume". Ce ne sont pas des flux différents . Ce sont des parties de la même "onde", qui est "l'enveloppe" de, disons, un signal modulé en AM.
Eugene Sh.
2
Les deux schémas de modulation modulent l'amplitude ou la fréquence de la porteuse avec tous les aspects du signal audio, bien que les stations utilisent la compression de l'audio pour éviter une modulation excessive qui entraîne une distorsion grave et un bruit de bande latérale.
Sparky256
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frequency, and loudness, which are two separate analog data streams... c'est incorrect .... ce n'est qu'un seul flux de données analogiques
jsotola

Réponses:

41

La voix a à la fois la hauteur, c'est-à-dire la fréquence, et le volume, qui sont deux flux de données analogiques distincts.

Non. La voix est transmise initialement sous la forme d'un «flux» analogique d'ondes de pression acoustique dans lequel l'amplitude de la variation de la pression atmosphérique correspond au volume (à cet instant) et le taux de variation donne la hauteur.

Aucun tutoriel ... n'explique [s] comment les deux aspects sont transmis sur des schémas radio qui ne peuvent apparemment prendre qu'un degré de variation, ...

Les schémas de modulation AM et FM sont analogiques et sont appelés analogiques car la modulation est analogue ( adjectif , comparable à certains égards, généralement d'une manière qui clarifie la nature des choses comparées) au signal d'origine - voix ou musique.

Mais je suis également curieux de savoir pourquoi cette prochaine question évidente qui ne semble jamais se poser aux personnes qui font ces tutoriels et explications, ni la réponse facilement trouvée là-bas, car j'ai cherché sans résultat.

Il y a peut-être une opportunité pour vous là-bas lorsque vous comprendrez.

Les tutoriels démontrent les résultats avec des signaux sinusoïdaux car sinon il serait impossible de voir la modulation d'un signal complexe sur une échelle raisonnable sur un diagramme.

entrez la description de l'image ici

Figure 1. L' analyse simplifiée de la MA standard de Wikipédia décrit en partie ce que vous demandez.

Notez dans l'illustration que la forme d'onde n'est pas sinusoïdale mais est une forme d'onde arbitraire. Notez également que la modulation d'amplitude suit juste la forme d'onde du signal. Il n'y a pas grand-chose d'autre. Le microphone convertira la voix en un signal électrique analogique et le modulateur modulera également la porteuse de manière analogique.

Transistor
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12
Aaaah. Je l'ai maintenant. Je me sens un peu stupide ... bien que, certainement, aucun tutoriel que j'ai vu ne traite de la deuxième partie, montrant comment cela fonctionne avec des ondes complexes, mais j'ai totalement raté la partie sur l'amplitude instantanée de par rapport au taux de changement de l'amplitude étant le changement de fréquence réel. Mince. Et pendant toutes ces années, je ne l'ai pas compris.
aAaa aAaa
3
@ Sparky256: La radio AM existait bien avant les années 1950 - Wiki dit que la diffusion à grande échelle a commencé dans les années 1920. La FM a été inventée en 1933 avec des émissions expérimentales en 1934.
Peter Bennett
3
C'est une bonne réponse! @aAaaaAaa; une chose qui m'a aidé à comprendre cela, c'est quand j'ai réalisé à quel point l'onde porteuse est incroyablement rapide par rapport à l'audio qui est transmis.
bitsmack
7
@bits: L'une des choses qui m'ont surpris en vieillissant, c'est la réalisation que certaines fréquences AM n'étaient pas si élevées. La bande européenne LW (ondes longues) commence à 148,5 kHz, soit à peu près dix fois les fréquences audio les plus élevées qu'elle transmettra. (Peut-être que vous ne pouvez même pas transmettre de l'audio 10 kHz sur la radio LW?)
Transistor
2
@Transistor nyquist vous dirait que vous n'avez besoin que d'une porteuse 2x plus élevée que la fréquence la plus élevée pour AM.
ratchet freak
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Oubliez la radio - comment pensez-vous que la voix est transmise sur un fil qui n'a que de la "tension" - encore une fois, une seule variable?

Le fait est que «hauteur» et «amplitude» sont des paramètres abstraits d'une fonction du temps à valeur unique. En fait, vous pouvez superposer de nombreux signaux différents à différentes fréquences sur un seul fil. Chaque composant d'une forme d'onde aussi complexe a sa propre fréquence, phase et amplitude, mais nous pouvons encore les différencier.

Il est possible de convertir la tension en amplitude dans un émetteur AM et de la convertir en fréquence dans un émetteur FM. Dans les deux cas, le signal peut être reconverti par le récepteur en une réplique de la même forme d'onde de tension qui a créé la modulation en premier lieu.

Donc, si vous croyez que la voix (et la musique, d'ailleurs) peut être transmise sur un fil, c'est une simple extension pour la transmettre sous forme de signal radio.

Dave Tweed
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6
En fait, vous pouvez même oublier la tension sur un fil. Comment le son d'une voix passe-t-il de la bouche d'une personne à l'oreille d'une autre personne dans la même pièce? Encore une fois, c'est une valeur unique, la pression atmosphérique instantanée, qui varie avec le temps.
@besmirched: Bon point, mais c'est un site EE, donc je devais garder ma réponse sur le sujet :-)
Dave Tweed
Peut-être les minuscules charges créées par les stéréocils en réponse aux changements du nombre de pressions?
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Le son n'est qu'un signal unidimensionnel variant dans le temps. Les microphones suivent essentiellement en continu les variations de pression atmosphérique. À tout moment, il s'agit d'une valeur unique. Cette valeur est ce qui est «modulé» sur le support.

Ce signal unidimensionnel variant dans le temps transporte à la fois les informations de volume et de hauteur. Il peut en fait contenir les informations de volume et de hauteur pour de nombreuses voix différentes en même temps, ou de nombreux instruments de musique en même temps, etc. dans cette seule valeur variant dans le temps.

alex.forencich
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6

La voix a à la fois la hauteur, c'est-à-dire la fréquence, et le volume, qui sont deux flux de données analogiques distincts.

Il y en a plus de deux, selon la façon dont vous le percevez / analysez et ce qui se passe sur la piste. Il pourrait y en avoir des centaines dans une chanson de My Bloody Valentine, les streams ont des streams et ils vont à 11.

Et si on forçait tous à s'intégrer dans un même flux de données?

Parce que c'est exactement ce qui se passe lorsque ces choses entrent toutes dans le milieu de l'air , qui est le milieu inné de tous les sons. Il ne peut gérer qu'un seul flux de données , la compression est donc forcée.

Lorsque nous collons un microphone dans cet air et obtenons une forme d'onde, nous obtenons le seul flux de données. Séparer le trille haletant de Bilinda Butcher dans le refrain de ce que son compresseur de phase MP-41 (en particulier) a fait à sa guitare parmi les 16 autres pédales d'effets de la pile ... C'est impossible. Parce que tant d'unicité a été perdue dans la compression dans ce flux unique.

Et pourtant, c'est ça la musique, et on l'adore.

Ce flux microphonable est la chose qui est encodée sur AM ou FM. C'est ce qui vous manquait.

J'ignore la stéréo , c'est une affaire qui lui est propre.

Harper - Rétablir Monica
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Dans un système AM simple, le signal transmis est quelque chose comme

x(t)=A(1+m(t))sin⁡ωct

m(t)

m(t)

m(t)m(t)

Et si vous voulez un signal audio musical, vous additionnez plusieurs tons avec des fréquences et des amplitudes différentes, et vous les modifiez de manière mélodique.

Le photon
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2

La voix a à la fois la hauteur, c'est-à-dire la fréquence, et le volume, qui sont deux flux de données analogiques distincts.

"Pitch" / "fréquence", "volume" / "amplitude". Ces mots appartiennent à un modèle que nous construisons pour comprendre le son / la voix / la musique et l'audition humaine. Mais de nombreux phénomènes peuvent être modélisés et compris à différents niveaux - parfois, à plusieurs niveaux.

Une autre façon de décrire le son est d'utiliser une seule quantité, la pression acoustique , qui varie avec le temps. (Voir la réponse de Dave Tweed ). La pression acoustique est un concept qui appartient à un modèle de niveau inférieur / plus primitif. C'est aussi la quantité véhiculée par la modulation radio AM ou FM.

Pourquoi absolument personne ne semble répondre à cette question flagrante ...?

OMI, il est très courant que les auteurs et les éducateurs se concentrent sur l'enseignement d'un modèle particulier d'un phénomène, et ils perdent de vue le fait qu'il existe d'autres modèles et d'autres niveaux de compréhension. Quelqu'un qui s'intéresse principalement à comprendre comment les cerveaux humains traitent la parole ou la musique peut avoir une compréhension complètement différente de ce qu'est réellement le son par rapport à quelqu'un qui s'intéresse à la conception de radios. Et, si les deux sont suffisamment fermés d'esprit, ils peuvent avoir un argument chaud sur lequel d'entre eux a «raison».

Aucun d'eux n'a raison. Le son n'est pas vraiment ce que l'un d'eux dit. Le son est exactement ce qu'il est, et ils ont différentes façons de le comprendre.


la source
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Il a été souligné que le niveau de signal instantané n'est qu'une variable unidimensionnelle variant dans le temps. Alors, pourquoi s'embêter avec des signaux sinusoïdaux? Parce que AM et FM sont utilisés pour transmettre une bande limitée signal à via un signal porteur de fréquence plus élevée, et le signal à bande limitée le plus simple est un signal sinusoïdal car il n'a qu'une seule fréquence. AM est assez simple en ce qui concerne son étalement de fréquence (et vous pouvez doubler la capacité en utilisant la modulation de bande latérale) tandis que FM est beaucoup plus flou et implique des distributions de Rice, l'étalement de fréquence dépendant en partie de la profondeur de modulation.

Quoi qu'il en soit, le signal le plus simple pour analyser la combinaison d'une fréquence porteuse et d'un signal à bande limitée reste un signal sinusoïdal.


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Je pense qu'ils voulaient demander pourquoi plus de formes d'onde arbitraires ne sont pas utilisées plus souvent comme signal à envoyer dans des exemples. Je ne pense pas qu'ils demandaient pourquoi l'onde porteuse est une onde sinusoïdale.
Kyle A
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La manière dont FM le fait n'est pas encore mentionnée. La quantité d'écart de fréquence par rapport à la fréquence porteuse correspond à l'amplitude. Une fréquence plus élevée est une amplitude positive, une fréquence plus basse est une amplitude négative. Le taux de variation du signal FM correspond à la fréquence.

L'article du wiki comprend une image animée pour AM et FM.

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

rcgldr
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Bien sûr, mais cela ne règle en rien la question, ni l' idée fausse fondamentale qui la conduit. Les réponses doivent soit répondre à la question, soit expliquer pourquoi elle est erronée, pas faire de commentaires tangentiels.
Chris Stratton
@ChrisStratton - le PO a demandé comment les informations de fréquence et d'intensité sont transmises. Ma réponse était spécifique à FM, car il existe déjà d'autres réponses pour AM. J'ai supposé que noter l'amplitude est liée à la fréquence expliquerait comment les informations de volume sont transmises, et que le taux de changement de cette amplitude les informations d'amplitude expliquerait comment les informations de fréquence sont transmises. L'image animée dans l'article wiki le montre assez bien.
rcgldr
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En plus des réponses existantes qui soulignent l'idée fausse fondamentale sur les signaux en général, permettez-moi de souligner quelque chose. Vous écrivez:

Presque tous les didacticiels sur la modulation AM / FM montrent le signal de modulation comme quelque chose comme une tonalité simple ou une onde sinusoïdale continue

Oui, et c'est parfaitement bien sans perte de généralisation grâce au théorème de Fourier , selon lequel la plupart des signaux qui nous intéressent peuvent être exprimés comme une somme de sinus.

La (quasi) linéarité de nos appareils permet alors de raisonner sur des sinus simples garantissant que les choses fonctionneront même en présence de signaux plus complexes - la linéarité signifie essentiellement que fournir une somme de sinus à un appareil équivaut à sommer le résultats de l'alimentation de n sinus à n appareils.

Tobia Tesan
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J'avais envisagé d'ajouter quelques commentaires sur Fourier dans ma réponse, mais j'ai décidé qu'il ne couvrait que les signaux périodiques et que la musique générale et la voix ne rentreraient pas dans cette catégorie.
Transistor
Ce n'est pas vraiment mon domaine et je ne pense pas que d'aller trop en profondeur aidera OP, donc je pense que certains mouvements de la main sont corrects, mais si je comprends bien, un signal non périodique tel que la parole est simplement considéré comme périodique par morceaux afin de tirer parti du théorème de Fourier. Et voilà, nous pouvons toujours obtenir des MP3 de Milli Vanilli.
Tobia Tesan
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Je suis d'accord avec vous qu'il y a deux éléments d'information distincts des ondes sonores, la hauteur (fréquence) et le volume (amplitude).

Comme le montre la figure 1 de la réponse de Transistor, non seulement l'onde sonore varie en amplitude , mais elle varie également en fréquence . L'amplitude du son module l'amplitude de la porteuse, tandis que sa fréquence module la fréquence de la porteuse. Le transporteur possède donc également les deux éléments d'information de l'onde sonore. Une fois la porteuse démodulée , les deux éléments d'information de l'onde sonore d'origine sont récupérés.
Espérons que cela clarifie votre incompréhension des capacités du transporteur et indique clairement qu'il a deux (et non un) degrés de variabilité.

Guill
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Jetez un autre coup d'œil à ma figure 1. Vous pouvez voir que la fréquence AM est constante. Il n'y a qu'un seul degré de variabilité - l'amplitude. Il vous manque quelque chose dans votre compréhension de la modulation.
Transistor
Vous faites la même erreur que l'affiche - l'amplitude n'est pas vraiment séparable de la fréquence, vous n'avez que les forces (et les phases) des composantes de fréquence, ou pour le dire autrement, une fréquence n'est présente que si elle a un non magnitude nulle. Pour vraiment comprendre l'erreur d'origine, considérez comment le timbre est transmis, c'est-à-dire comment nous entendons une trompette par opposition à une clarinette. Est-ce un troisième degré de liberté? Non. C'est juste un mélange différent d'intensités de composantes de fréquence (même les harmoniques manquent sur une clarinette). Il en va de même pour plusieurs instruments ou plusieurs personnes parlant simultanément.
Chris Stratton
Mais alors, Transistor a également tort - la fréquence d'un signal AM n'est ni constante ni singulière, s'il n'y avait pas de contenu d'information. Le contenu de l'information se trouve dans des bandes latérales déplacées en fréquence par rapport à la composante de fréquence centrale ou porteuse. Tout ce que le porteur fait est de servir de référence permettant des détecteurs plus simples, par rapport à la nécessité de régler manuellement ou algorithmiquement l'oscillateur local alimentant le détecteur de produit qui serait nécessaire si la puissance perdue dans le composant porteur à fréquence constante était supprimée (comme une longue routine en dehors de l'héritage) paramètres)
Chris Stratton
@Transistor: La fréquence à laquelle je fais référence est le son. Vous pouvez clairement voir que le côté gauche de l'onde a une fréquence plus élevée que la moitié droite. Le son n'a pas de fréquence (ou d'amplitude) constante.
Guill
@Guill: Mais ce n'est pas tout à fait ce que vous avez dit. " L'amplitude du son module l'amplitude de la porteuse, tandis que sa fréquence module la fréquence de la porteuse. "
Transistor