Làm thế nào chính xác AM / FM mang cả âm vực và âm lượng của giọng nói?

Hầu như mọi hướng dẫn về điều chế AM / FM đều hiển thị tín hiệu điều chế dưới dạng một âm thanh đơn giản hoặc sóng hình sin liên tục. Bây giờ thật dễ dàng và đối với AM, bạn chỉ cần đặt tín hiệu điều chế trên sóng mang là một đường bao và voila, và đối với FM, bạn thay đổi tần số liên tục và liên tục. nhưng dường như không ai chỉ ra vấn đề rõ ràng ... Giọng nói có cả cao độ, tức là tần số và độ to, là hai luồng dữ liệu tương tự riêng biệt. Không có hướng dẫn cũng như giải thích mà tôi đã thấy sau đó thực hiện bước tiếp theo, rất cần thiết, để giải thích cách cả hai khía cạnh được truyền qua các sơ đồ vô tuyến mà dường như chỉ có thể có một mức độ biến đổi, tức là biên độ cho AM hoặc tần số cho FM.

TL; DR:

1. Làm thế nào để điều chế AM hoặc FM, mỗi biến thể chỉ có một biến có thể điều chỉnh được, mang cả âm vực và độ to của giọng nói, có ít nhất hai luồng dữ liệu tương tự khác nhau?

2. Tại sao hoàn toàn không ai có thể giải quyết câu hỏi rõ ràng này trong bất kỳ hướng dẫn / video / ghi lên điều chế radio?

Giọng nói có cả cao độ, tức là tần số và độ to, là hai luồng dữ liệu tương tự riêng biệt.

Không. Giọng nói được truyền ban đầu dưới dạng một 'luồng' tương tự của sóng áp suất âm trong đó biên độ biến thiên áp suất không khí tương ứng với âm lượng (tại thời điểm đó) và tốc độ thay đổi mang lại cường độ.

Không có hướng dẫn ... giải thích cách cả hai khía cạnh được truyền qua các chương trình radio mà dường như chỉ có thể có một mức độ khác nhau, ...

Các sơ đồ điều chế AM và FM là tương tự và được gọi là tương tự vì điều chế là không phù hợp ( tính từ , có thể so sánh ở một số khía cạnh nhất định, điển hình theo cách làm rõ hơn bản chất của những thứ được so sánh) với tín hiệu ban đầu - giọng nói hoặc âm nhạc.

Nhưng tôi cũng tò mò về lý do tại sao câu hỏi rõ ràng tiếp theo này dường như không bao giờ phát sinh đối với những người đưa ra những hướng dẫn và giải thích này, cũng không phải là câu trả lời dễ dàng tìm thấy ở đó, vì tôi đã tìm kiếm một cách vô ích.

Có lẽ có một cơ hội cho bạn ở đó khi bạn tìm ra nó.

Các hướng dẫn chứng minh kết quả với tín hiệu hình sin bởi vì nếu không, sẽ không thể thấy sự điều chế của tín hiệu phức tạp trên thang đo hợp lý trên sơ đồ.

Hình 1. Phân tích đơn giản hóa AM tiêu chuẩn từ Wikipedia đi một chút cách để mô tả những gì bạn đang hỏi.

Lưu ý trong hình minh họa rằng dạng sóng không phải là hình sin mà là dạng sóng tùy ý. Cũng lưu ý rằng điều chế biên độ chỉ theo dạng sóng tín hiệu. Không có nhiều hơn thế. Micrô sẽ chuyển đổi giọng nói thành tín hiệu điện tương tự và bộ điều biến cũng sẽ điều chế sóng mang tương tự.

Quên về radio - làm thế nào để bạn nghĩ rằng giọng nói được truyền qua một dây, chỉ có "điện áp" - một lần nữa, một biến duy nhất?

Vấn đề là, "cao độ" và "biên độ" là các tham số trừu tượng của hàm thời gian có giá trị duy nhất. Trên thực tế, bạn có thể đặt nhiều tín hiệu khác nhau ở các tần số khác nhau trên một dây. Mỗi thành phần của dạng sóng phức tạp như vậy có tần số, pha và biên độ riêng, nhưng chúng ta vẫn có thể phân biệt chúng.

Có thể chuyển đổi điện áp thành biên độ trong một máy phát AM và chuyển đổi nó thành tần số trong một máy phát FM. Trong cả hai trường hợp, tín hiệu có thể được chuyển đổi trở lại thành một bản sao của cùng dạng sóng điện áp tạo ra điều chế ở vị trí đầu tiên.

Vì vậy, nếu bạn tin rằng giọng nói (và âm nhạc, đối với vấn đề đó) có thể được truyền qua một dây, thì đó là một phần mở rộng đơn giản để truyền nó dưới dạng tín hiệu radio.

Âm thanh chỉ là tín hiệu thay đổi theo thời gian một chiều. Micro về cơ bản liên tục theo dõi các biến thể trong áp suất không khí. Tại bất kỳ thời điểm nào, đây là một giá trị duy nhất. Giá trị này là những gì được 'điều chế' trên sóng mang.

Tín hiệu thay đổi thời gian một chiều này mang cả thông tin về âm lượng và cường độ. Nó thực sự có thể chứa thông tin âm lượng và cường độ cho nhiều giọng nói khác nhau cùng một lúc, hoặc nhiều nhạc cụ cùng một lúc, v.v. trong giá trị thay đổi theo thời gian duy nhất này.

Giọng nói có cả cao độ, tức là tần số và độ to, là hai luồng dữ liệu tương tự riêng biệt.

Có nhiều hơn hai, phụ thuộc hoàn toàn vào cách bạn nhận thức / phân tích nó, và những gì khác đang diễn ra, trên đường đua. Có thể có hàng trăm bài hát My Bloody Valentine, các luồng có luồng và chúng chuyển sang 11.

Điều gì xảy ra nếu chúng ta buộc tất cả chúng khớp với một luồng dữ liệu?

Bởi vì đó chính xác là những gì xảy ra khi tất cả những thứ đó đi vào môi trường không khí , là phương tiện bẩm sinh cho tất cả các âm thanh. Nó chỉ có thể xử lý một luồng dữ liệu , do đó việc nén bị ép buộc.

Khi chúng tôi gắn micrô trong không khí đó và nhận dạng sóng, chúng tôi sẽ nhận được một luồng dữ liệu. Tách biệt trill đầy hơi thở của Bilinda Butcher trong đoạn điệp khúc với những gì Máy nén pha MP-41 (đặc biệt) của cô đã làm với cây đàn guitar của mình trong số 16 bàn đạp hiệu ứng khác trong ngăn xếp ... Điều đó là không thể. Bởi vì rất nhiều tính độc đáo đã bị mất trong quá trình nén vào luồng đơn đó.

Tuy nhiên, đó là âm nhạc và chúng tôi yêu nó.

Luồng một microphonable này là thứ được mã hóa trên AM hoặc FM. Đó là những gì bạn đã mất.

Tôi đang bỏ qua âm thanh nổi , đó là một thỏa thuận của riêng mình.

Trong một hệ thống AM đơn giản, tín hiệu truyền đi giống như

$m(t)$

$m(t)$

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

Và nếu bạn muốn có một tín hiệu âm thanh âm nhạc, bạn tổng hợp nhiều âm với tần số và biên độ khác nhau, và thay đổi chúng theo cách du dương.

Giọng nói có cả cao độ, tức là tần số và độ to, là hai luồng dữ liệu tương tự riêng biệt.

"Cao độ" / "tần số", "độ to" / "biên độ". Những từ đó thuộc về một mô hình mà chúng tôi xây dựng để hiểu âm thanh / giọng nói / âm nhạc và thính giác của con người. Nhưng nhiều hiện tượng có thể được mô hình hóa và hiểu ở các cấp độ khác nhau - đôi khi, trên nhiều cấp độ.

Một cách khác để mô tả âm thanh là với một đại lượng duy nhất , áp suất âm thanh , thay đổi theo thời gian. (Xem câu trả lời của Dave Tweed ). Áp suất âm thanh là một khái niệm thuộc về một mô hình cấp thấp hơn / nguyên thủy hơn. Nó cũng là đại lượng mà điều chế vô tuyến AM hoặc FM truyền tải.

Tại sao hoàn toàn không ai có thể giải quyết câu hỏi rõ ràng này ...?

IMO, rất phổ biến cho các tác giả và nhà giáo dục tập trung vào việc dạy một mô hình cụ thể của một số hiện tượng, và họ mất theo dõi thực tế là có các mô hình khác và các cấp độ hiểu biết khác. Ai đó quan tâm chính là hiểu cách bộ não của con người xử lý lời nói hoặc âm nhạc có thể có một sự hiểu biết hoàn toàn khác nhau về âm thanh "thực sự là gì" so với ai đó quan tâm đến việc thiết kế radio. Và, nếu cả hai đều có tư duy khép kín, họ có thể tranh luận sôi nổi về việc ai trong số họ là "đúng".

Không ai trong số họ là đúng. Âm thanh không thực sự là một trong số họ nói. Âm thanh chỉ là những gì nó có, và họ có những cách hiểu khác nhau.

Nó đã được chỉ ra rằng mức tín hiệu tức thời chỉ là một biến số theo thời gian một chiều. Vậy tại sao phải bận tâm với tín hiệu sin? Bởi vì cả AM và FM đều được sử dụng để truyền tín hiệu giới hạn băng tần thông qua tín hiệu sóng mang tần số cao hơn và tín hiệu giới hạn băng tần đơn giản nhất là tín hiệu hình sin vì nó chỉ có một tần số duy nhất. AM khá đơn giản liên quan đến sự lan truyền tần số của nó (và bạn có thể tăng gấp đôi công suất bằng cách sử dụng điều chế dải biên) trong khi FM khá mờ hơn và liên quan đến phân phối Rice, với tần số lan truyền một phần tùy thuộc vào độ sâu điều chế.

Dù bằng cách nào, tín hiệu đơn giản nhất để phân tích sự kết hợp giữa tần số sóng mang và tín hiệu giới hạn băng tần vẫn là tín hiệu hình sin.

Chưa được đề cập là làm thế nào FM làm điều này. Lượng sai lệch tần số từ tần số sóng mang tương ứng với biên độ. Tần số cao hơn là biên độ dương, tần số thấp hơn là biên độ âm. Tốc độ thay đổi của tín hiệu FM tương ứng với tần số.

Bài viết Wiki bao gồm một hình ảnh chuyển động cho cả AM và FM.

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

Ngoài các câu trả lời hiện có chỉ ra quan niệm sai lầm cơ bản về tín hiệu nói chung, hãy để tôi chỉ ra điều gì đó. Bạn viết:

Hầu như mọi hướng dẫn về điều chế AM / FM đều hiển thị tín hiệu điều chế dưới dạng một âm thanh đơn giản hoặc sóng hình sin liên tục

Vâng, và điều đó hoàn toàn tốt mà không mất khái quát nhờ vào định lý của Fouri , theo đó hầu hết các tín hiệu chúng ta quan tâm có thể được biểu thị dưới dạng tổng của các sin.

Tính tuyến tính (gần như) của các thiết bị của chúng tôi sau đó khiến người ta có thể chấp nhận lý do về các sin đơn giản đảm bảo rằng mọi thứ sẽ hoạt động ngay cả khi có các tín hiệu phức tạp hơn - về cơ bản có nghĩa là cung cấp một tổng số sin cho thiết bị cũng giống như tổng hợp kết quả cho ăn n sin cho n thiết bị.

Tôi đồng ý với bạn rằng có hai thành phần thông tin riêng biệt của sóng âm, cường độ (tần số) và âm lượng (biên độ).

Như thể hiện trong hình 1 của câu trả lời của Transitor, sóng âm không chỉ thay đổi về biên độ mà còn thay đổi về tần số . Biên độ của âm thanh, điều chỉnh biên độ của sóng mang, trong khi tần số của nó điều chỉnh tần số của sóng mang. Vì vậy, sóng mang cũng có cả hai thành phần thông tin của sóng âm. Sau khi sóng mang được giải điều chế , cả hai thành phần thông tin của sóng âm thanh gốc được phục hồi.
Hy vọng rằng điều này làm rõ sự hiểu lầm của bạn về khả năng của nhà mạng và làm rõ rằng nó có hai mức độ (không phải một) mức độ biến đổi.