¿Cómo transporta exactamente AM / FM tanto el tono como el volumen de la voz?

Casi todos los tutoriales sobre modulación AM / FM muestran la señal de modulación como algo así como un tono simple o una onda sinusoidal continua. Ahora eso es fácil, y para AM simplemente superpone la señal de modulación sobre la onda portadora como una envolvente, y listo, y para FM, varía la frecuencia de forma continua y constante. pero nadie parece señalar el problema obvio ... La voz tiene tono, es decir, frecuencia y volumen, que son dos flujos de datos analógicos separados. Ningún tutorial o explicación que he visto toma el siguiente paso, que es evidentemente necesario, para explicar cómo se transmiten ambos aspectos a través de esquemas de radio que aparentemente solo pueden tomar un grado de variación, es decir, amplitud para AM o frecuencia para FM.

TL; DR:

1. ¿Cómo la modulación AM o FM, cada una de las cuales solo tiene una variable modulable, transporta tanto el tono como el volumen de la voz, que son al menos dos flujos de datos analógicos distintos?

2. ¿Por qué absolutamente nadie parece abordar esta pregunta deslumbrante en ningún tutorial / video / redacción sobre modulación de radio?

La voz tiene tono, es decir, frecuencia y volumen, que son dos flujos de datos analógicos separados.

No. La voz se transmite inicialmente como una "corriente" analógica de ondas de presión de sonido en la que la amplitud de variación de la presión del aire corresponde al volumen (en ese instante) y la velocidad de cambio da el tono.

Ningún tutorial ... explica [s] cómo ambos aspectos se transmiten a través de esquemas de radio que aparentemente solo pueden tomar un grado de variación, ...

Los esquemas de modulación AM y FM son analógicos y se denominan analógicos porque la modulación es análoga ( adjetivo , comparable en ciertos aspectos, típicamente de una manera que aclara la naturaleza de las cosas comparadas) a la señal original: voz o música.

Pero también tengo curiosidad de por qué esta próxima pregunta obvia que parece no surgir nunca para las personas que hacen estos tutoriales y explicaciones, ni la respuesta es fácil de encontrar, ya que he estado buscando infructuosamente.

Tal vez haya una oportunidad para ti allí cuando lo descubras.

Los tutoriales demuestran los resultados con señales sinusoidales porque de lo contrario sería imposible ver la modulación de una señal compleja en una escala razonable en un diagrama.

Figura 1. El análisis simplificado de AM estándar de Wikipedia va un poco más allá de la manera de describir lo que está preguntando.

Observe en la ilustración que la forma de onda no es sinusoidal sino que es una forma de onda arbitraria. Observe también que la modulación de amplitud solo sigue la forma de onda de la señal. No hay mucho más que eso. El micrófono convertirá la voz en una señal eléctrica analógica y el modulador también modulará la portadora de forma análoga.

Olvídate de la radio, ¿cómo crees que la voz se transmite a través de un cable, que solo tiene "voltaje", una vez más, una sola variable?

El punto es que "tono" y "amplitud" son parámetros abstractos de una función de tiempo de un solo valor. De hecho, puede superponer muchas señales diferentes a diferentes frecuencias en un solo cable. Cada componente de una forma de onda tan compleja tiene su propia frecuencia, fase y amplitud, aunque aún podemos distinguirlas.

Es posible convertir el voltaje en amplitud en un transmisor de AM y convertirlo en frecuencia en un transmisor de FM. En ambos casos, la señal puede ser convertida por el receptor nuevamente en una réplica de la misma forma de onda de voltaje que creó la modulación en primer lugar.

Entonces, si crees que la voz (y la música, por cierto) puede transmitirse a través de un cable, es una extensión simple transmitirla como una señal de radio.

El sonido es solo una señal unidimensional que varía en el tiempo. Los micrófonos rastrean esencialmente continuamente las variaciones en la presión del aire. En cualquier momento, este es un valor único. Este valor es lo que se 'modula' en el portador.

Esta señal unidimensional que varía en el tiempo transporta tanto el volumen como la información de tono. En realidad, puede contener la información de volumen y tono para muchas voces diferentes al mismo tiempo, o muchos instrumentos musicales al mismo tiempo, etc. en este único valor variable en el tiempo.

La voz tiene tono, es decir, frecuencia y volumen, que son dos flujos de datos analógicos separados.

Hay más de dos, dependiendo completamente de cómo lo perciba / analice y qué más está sucediendo en la pista. No podría haber cientos en una canción My Bloody Valentine, las corrientes tienen corrientes y van a 11.

¿Qué pasa si forzamos a todos a encajar en un flujo de datos?

Porque eso es exactamente lo que sucede cuando todas esas cosas entran al medio del aire , que es el medio innato para todos los sonidos. Solo puede manejar una secuencia de datos , por lo que la compresión es forzada.

Cuando colocamos un micrófono en ese aire y obtenemos una forma de onda, estamos obteniendo la única secuencia de datos. Separar la respiración entrecortada de Bilinda Butcher en el coro de lo que su MP-41 Phase Compressor (particularmente) le hizo a su guitarra entre los otros 16 pedales de efectos en la pila ... Es imposible. Porque se ha perdido tanta unicidad en la compresión en ese flujo único.

Y sin embargo, eso es la música, y nos encanta.

Este flujo microfónico es lo que se codifica en AM o FM. Eso es lo que te has estado perdiendo.

Estoy ignorando el estéreo , eso es algo propio.

En un sistema AM simple, la señal transmitida es algo así como

$m(t)$

$m(t)$

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

Y si desea una señal de audio musical, suma varios tonos con diferentes frecuencias y amplitudes, y los varía de forma melódica.

La voz tiene tono, es decir, frecuencia y volumen, que son dos flujos de datos analógicos separados.

"Pitch" / "frecuencia", "sonoridad" / "amplitud". Esas palabras pertenecen a un modelo que construimos para comprender el sonido / voz / música y la audición humana. Pero muchos fenómenos pueden ser modelados y entendidos en diferentes niveles, a veces, en muchos niveles.

Otra forma de describir el sonido es con un solo cantidad, la presión del sonido , que varía con el tiempo. (Ver la respuesta de Dave Tweed ). La presión sonora es un concepto que pertenece a un modelo de nivel más bajo / más primitivo. También es la cantidad que transmite la modulación de radio AM o FM.

¿Por qué absolutamente nadie parece abordar esta pregunta evidente ...?

En mi opinión, es muy común que los autores y educadores se centren en enseñar un modelo particular de algún fenómeno, y pierden la noción del hecho de que hay otros modelos y otros niveles de comprensión. Alguien cuyo principal interés es comprender cómo los cerebros humanos procesan el habla o la música puede tener una comprensión completamente diferente de lo que "realmente es" el sonido en comparación con alguien que esté interesado en diseñar radios. Y, si ambos tienen una mente lo suficientemente cerrada, pueden tener una discusión candente sobre cuál de ellos es "correcto".

Ninguno de los dos tiene razón. El sonido no es lo que ninguno de los dos dice que es. El sonido es exactamente lo que es, y tienen diferentes formas de entenderlo.

Se ha señalado que el nivel de señal instantánea es solo una variable unidimensional que varía en el tiempo. Entonces, ¿por qué molestarse con las señales sinusoidales? Debido a que tanto AM como FM se usan para transmitir una señal de banda limitada a través de una señal portadora de frecuencia más alta, y la señal de banda limitada más simple es una señal sinusoidal ya que tiene una sola frecuencia. AM es bastante directo con respecto a su propagación de frecuencia (y puede duplicar la capacidad utilizando la modulación de banda lateral) mientras que FM es bastante más difuso e involucra distribuciones de Rice, con la propagación de frecuencia en parte dependiendo de la profundidad de modulación.

De cualquier manera, la señal más simple para analizar la combinación de una frecuencia portadora y una señal de banda limitada sigue siendo una señal sinusoidal.

Todavía no se menciona cómo FM hace esto. La cantidad de desviación de frecuencia de la frecuencia portadora corresponde a la amplitud. Mayor frecuencia es amplitud positiva, menor frecuencia es amplitud negativa. La tasa de cambio de la señal FM corresponde a la frecuencia.

El artículo de Wiki incluye una imagen en movimiento para AM y FM.

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

Además de las respuestas existentes que señalan la idea errónea fundamental sobre las señales en general, permítanme señalar algo. Usted escribe:

Casi todos los tutoriales sobre modulación AM / FM muestran la señal de modulación como algo así como un tono simple o una onda sinusoidal continua

Sí, y eso está perfectamente bien sin pérdida de generalización gracias al teorema de Fourier , según el cual la mayoría de las señales que nos interesan pueden expresarse como una suma de senos.

La (cuasi) linealidad de nuestros dispositivos hace que sea admisible razonar sobre senos simples garantizando que las cosas funcionarán incluso en presencia de señales más complejas: la linealidad esencialmente significa que alimentar una suma de senos a un dispositivo es lo mismo que sumar los resultados de alimentar n senos a n dispositivos.

Estoy de acuerdo con usted en que hay dos componentes de información separados de ondas de sonido, tono (frecuencia) y volumen (amplitud).

Como se muestra en la figura 1 de la respuesta del transistor, la onda de sonido no solo varía en amplitud , sino que también varía en frecuencia . La amplitud del sonido modula la amplitud de la portadora, mientras que su frecuencia modula la frecuencia de la portadora. Por lo tanto, el vehículo también tiene ambos componentes de información de la onda de sonido. Después de que se demodula la portadora , se recuperan ambos componentes de información de la onda de sonido original.
Esperemos que esto aclare su malentendido sobre las capacidades del operador y deje en claro que tiene dos (no uno) grados de variabilidad.