¿Por qué se puede usar una única señal de onda sinusoidal para enviar datos digitales pero se necesita una señal compuesta para enviar mensajes humanos, etc.?

Hay varias confusiones pasando aquí. Puedo ver lo que el texto que citan está tratando de decir, pero también cómo se puede malinterpretar fácilmente.

La primera sección habla sobre cómo modular una sola onda sinusoidal (llamémosla "portadora"), para transportar otra señal. En el ejemplo del texto, esta otra señal es digital, pero no tiene por qué serlo.

La radio AM es un gran ejemplo de la modulación de una portadora que usa amplitud para transmitir una señal de audio. La radio FM es la misma excepto que modula la frecuencia. La modulación de fase también se usa en otros lugares, por lo que parte de la primera cita es verdadera.

La parte engañosa está dando la impresión de que el resultado es solo una "onda sinusoidal única". No es. Tan pronto como cambia algo sobre una onda sinusoidal, ya no tiene una sola onda sinusoidal. Esto puede parecer poco intuitivo, pero una portadora de radio AM de 1 MHz modulada con una señal de audio de 1 kHz es en realidad la combinación de tres ondas sinusoidales, a 999 kHz, 1.000 MHz y 1.001 MHz. Entender por qué eso es verdad está más allá del alcance de esta respuesta. Tendrá que aprender un montón de análisis de Fourier o confiar en mí en esto.

La segunda parte señala correctamente que una verdadera "onda sinusoidal única" no puede llevar ninguna información dinámica. Esto es nuevamente parte de la semántica del "seno único". Un verdadero seno único no varía en frecuencia, amplitud o fase. Si lo hizo, puede demostrar con el análisis de Fourier que ya no se trata de un solo seno, al igual que la portadora de AM modulada a 1 kHz ya no era un solo seno.

Básicamente, una onda sinusoidal que cambia periódicamente se puede descomponer matemáticamente en un conjunto de senos individuales separados, cada uno con su propia amplitud, frecuencia y fase. Por lo tanto, no existe tal cosa como un solo seno cambiante. Esta es la razón por la que un verdadero seno único no contiene ninguna información dinámica.

No puede enviar datos o voz a través de una sola señal de onda sinusoidal. Tienes que modularlo cambiando la frecuencia o la amplitud (o fase).

Una sola onda sinusoidal contiene una única frecuencia y amplitud que no varía con el tiempo, ¿correcto? En el dominio de la frecuencia es una sola línea sin ancho.

Por lo tanto, tiene 2 datos que no varían con el tiempo. La voz y los datos deben variar con el tiempo para transmitir información.

Al modular la amplitud, la frecuencia o la fase de la onda sinusoidal con el tiempo, puede transmitir esa información. Pero en ese momento ya no es una sola onda sinusoidal, es un compuesto variable en el tiempo de la información que está intentando enviar con la onda sinusoidal "portadora".

Así que no, no puedes muestrear la voz humana y enviarla a través de una sola onda sinusoidal. Por supuesto, puede usar una única onda sinusoidal como portadora y modularla de la manera que desee para llevar los datos digitales, pero ya no es una sola onda sinusoidal.

Como han dicho otras respuestas, ni la voz ni los datos digitales se pueden enviar a través de una "onda sinusoidal única".

Cualquiera de los dos puede transmitirse a través de una onda sinusoidal modulada.

  

No entiendo por qué algo como la voz humana (como en una conversación telefónica) no puede asignarse de manera similar a una única señal de onda sinusoidal cambiando una de las características de la onda (Frecuencia, por ejemplo).

Por supuesto, una voz puede ser transmitida por modulación de frecuencia. Cuando escuchas la radio FM, así es como se transmiten las voces de los anunciantes. Cuando realizaste una llamada telefónica de larga distancia antes de 1980, es probable que tu voz también se haya transmitido de esta manera.

  

apreciará si también puede ver si la conversación humana se puede muestrear, convertir a un patrón digital y luego se transmite a través de una señal de onda sinusoidal SENCILLA.

Sí, esto también es posible. Por ejemplo, los discos compactos almacenan sonidos que incluyen voces en forma digital, y cuando se leen, el patrón de bits del disco se utiliza para modular un rayo láser (un ejemplo de una onda sinusoidal electromagnética) antes de que se vuelvan a convertir en señales de audio. . Además, cada vez que realiza una llamada telefónica de larga distancia, es casi seguro que su voz esté digitalizada y modulada en un operador (y combinada con miles de otras señales de voz) para ser transmitidas por las líneas troncales.

Considere una sola onda sinusoidal: como ya se señaló, es una sola línea en el dominio de la frecuencia.

Ahora agregaremos información . Eso podría ser voz, datos digitales, cualquier cosa. Esta información generalmente (siempre en la práctica) tendrá algo de ancho de banda, pero la señal instantánea estará en la frecuencia f (x) en la amplitud A (x).

En la modulación de amplitud (porque es la más simple), tendremos, en cualquier momento, una señal compuesta de f (portadora) +/- f (información). No voy a derivar eso aquí.

Como esta señal de información varía con el tiempo, obtendremos f (portadora) +/- f (información) donde la información es una banda de señales, cuando se ve con el tiempo.

Entonces, si comenzamos con una sinusoide simple (la portadora) y modulamos con alguna señal de información compleja H (s), terminamos con f (portadora) modificada por H (s) en el dominio de la frecuencia.

El sinusoide simple lleva sin información y esto podría ser clave para comprender el problema. La señal modulada contiene una señal conocida, la portadora, (por lo que podemos encontrarla en el dominio de la frecuencia) que lleva una señal de información.

Entonces: el seno simple no contiene ninguna información excepto dónde encontrarla en el dominio de la frecuencia. Nosotros 'incorporamos' la información en él.

El sinusoide original todavía existe; Le hemos añadido información.

Nota: el uso del término información es deliberado y, como lectura adicional para el OP, la definición de información es indistinguible de la del ruido.

Todas las demás respuestas aquí son precisas, simplemente estoy tratando de responder desde una perspectiva diferente.

El habla y la música humanas, por ejemplo, están formadas por varias ondas sinusoidales mezcladas. En el caso de la voz, esto se puede muestrear, a un mínimo de dos veces la frecuencia más alta de voz (frecuencia de muestreo típica de 8 kHz para una línea telefónica analógica, consulte ( Teorema de muestreo de Nyquist-Shannon ). La cantidad de bits de cada muestra suele ser un mínimo de 8. Estos bits representan la amplitud de la señal. Este esquema se llama < a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Pulse-code_modulation"> modulación de código de pulsos (PCM).

Este diagrama muestra cómo podría ser el muestreo usando 3 bits por canal:

quenoseríasuficienteparaproporcionarunhablainteligible,peromuestralaidea.

Lacombinacióndemuestreode8kHzy8bitspormuestra,significaqueelanchodebandarequeridoesde64kHz.

HeescritouncódigoquetomalasseñalesPCMde8bitsdeunatarjetaSDenbloquesde512bytesalavez,ylasreproduceconunainterrupciónde125µs(correspondientea8kHz),parareproducirmensajesdevozenUnsistemaembebido.Ejecutarlasdostareas(leerlatarjetaSDyreproducirlasmuestrasenlarutinadeinterrupción)almismotiempo)casialmáximoel8051queestabausando.

8kHzfuncionabienparalavoz,peronoeslosuficientementerápidoparalamúsica.LosCDutilizanunafrecuenciademuestreode44,1kHz(aproximadamenteeldobledelafrecuenciamásaltaenmúsicagrabadade20kHz),utilizandomuestrasde16bits.Seeligiólafrecuenciademuestreobastanteextrañade44,1kHzporqueescompatibleconlossistemasdevideoNTSCyPAL.

Estasmuestrasdigitalesseutilizanparamodularunafrecuenciadeportadoradeondasinusoidal,deunadevariasmaneras:

(a) es la señal digital (b) es el modulo de amplitud (AM) (c) es el módulo de frecuencia (FM) (d) es la modulación de fase (PM)

Está claro que el resultado final ya no es una simple onda sinusoidal de una frecuencia.