¿Cómo es que AM / FM transmite exactamente el tono y el volumen de la voz?

  

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

No. La voz se transmite inicialmente como un 'flujo' analógico de ondas de presión sonora en la que la amplitud de variación de la presión del aire corresponde al volumen (en ese instante) y la tasa de cambio da el tono.

  

No hay tutorial ... explica [s] cómo se transmiten ambos aspectos a través de esquemas de radio que aparentemente solo pueden tener un grado de variación, ...

Los esquemas de modulación de AM y FM son analógicos y se llaman 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 siento curiosidad por saber por qué esta próxima pregunta obvia que nunca parece surgir a las personas que hacen estos tutoriales y explicaciones, ni es la respuesta fácil de encontrar, ya que he estado buscando infructuosamente.

Tal vez haya una oportunidad para ti cuando lo descubras.

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

Figura1.El El análisis simplificado del estándar AM de Wikipedia va un poco del camino para describir lo que estás 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 simplemente 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 modulará la portadora de manera análoga también.

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

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

Es posible convertir el voltaje a la amplitud en un transmisor de AM, y convertirlo a la frecuencia en un transmisor de FM. En ambos casos, el receptor puede convertir la señal 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 por cable, es una extensión simple para transmitirla como una señal de radio.

El sonido es solo una señal unidimensional variable en el tiempo. Los micrófonos esencialmente rastrean 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 variable en el tiempo de una sola dimensión transporta tanto la información de volumen como de tono. En realidad, puede contener el volumen y la información de 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 sonoridad, que son dos flujos de datos analógicos separados.

Hay más de dos, dependiendo completamente de cómo lo percibas / analizas, y qué más está sucediendo, en la pista. Allí puede haber cientos en una canción de My Bloody Valentine, las transmisiones tienen secuencias y van a 11.

¿Qué pasa si los forzamos a todos para que se ajusten a un flujo de datos?

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

Cuando metemos un micrófono en ese aire y obtenemos una forma de onda, obtenemos el flujo de datos. Separando el aliento 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. Debido a que se ha perdido tanta singularidad en la compresión en ese flujo único.

Y sin embargo, eso es lo que 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 estéreo , eso es algo propio.

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

$$ x (t) = A \ left (1 + m (t) \ right) \ sin \ omega_c t $$

y \ $ m (t) \ $ se denomina señal de mensaje .

En una radio AM, la señal del mensaje básicamente dice lo difícil que es empujar el cono del altavoz en cada instante. Si la señal de audio es un solo tono, \ $ m (t) \ $ será en sí mismo una sinusoide.

Si desea un tono más alto, aumenta la amplitud de \ $ m (t) \ $ . Si desea un tono de frecuencia más alto, aumenta la frecuencia de \ $ m (t) \ $ .

Y si quieres una señal de audio musical, sumas varios tonos con diferentes frecuencias y amplitudes, y los modificas de forma melódica.

  

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

"Tono" / "frecuencia", "sonoridad" / "amplitud". Esas palabras pertenecen a un modelo que construimos para comprender el sonido / voz / música y el oído humano. Pero muchos fenómenos se pueden modelar y comprender en diferentes niveles, a veces en muchos niveles.

Otra forma de describir el sonido es con una cantidad de single , presión de sonido , que varía con el tiempo. (Consulte la respuesta de Dave Tweed ). La presión sonora es un concepto que pertenece a un modelo de nivel inferior / 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 la OMI, es muy común que los autores y educadores se centren en la enseñanza de un modelo particular de algún fenómeno, y pierden de vista el hecho de que existen otros modelos y otros niveles de comprensión. Alguien cuyo interés principal es comprender cómo el cerebro humano procesa el habla o la música puede tener una comprensión completamente diferente de lo que el sonido "realmente es" en comparación con alguien que está interesado en diseñar radios. Y, si ambos tienen una mentalidad suficientemente cerrada, pueden tener un argumento candente sobre cuál de ellos es "correcto".

Ninguno de ellos tiene razón. El sonido no es en realidad 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 instantáneo es solo una variable unidimensional variable en el tiempo. Entonces, ¿por qué molestarse con las señales sinusoidales? Debido a que tanto AM como FM se utilizan para transmitir una señal de banda limitada a través de una señal portadora de frecuencia más alta, la señal más simple de banda limitada es una señal sinusoidal, ya que tiene una sola frecuencia. AM es bastante sencillo en cuanto a su distribución de frecuencia (y puede duplicar la capacidad utilizando la modulación de banda lateral), mientras que la FM es bastante más difusa e involucra las distribuciones de Rice, y la distribución de frecuencia depende en parte de la profundidad de modulación.

Aún no se menciona cómo FM hace esto. La cantidad de desviación de frecuencia de la frecuencia portadora corresponde a la amplitud. La frecuencia más alta es la amplitud positiva, la frecuencia más baja es la amplitud negativa. La tasa de cambio de la señal de FM corresponde a la frecuencia.

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

enlace

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

  

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

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

La (cuasi) linealidad de nuestros dispositivos hace que sea admisible razonar sobre senos simples que garantizan que las cosas funciona incluso en presencia de señales más complejas: la linealidad significa esencialmente que alimentar una suma de senos a un dispositivo es lo mismo que sumar los resultados de alimentar los senos de n 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 de Transistor, no solo la onda de sonido 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. De modo que el operador también tiene ambos componentes de información de la onda de sonido. Una vez que el portador está demodulado , se recuperan ambos componentes de información de la onda de sonido original.
Esperemos que esto aclare su malentendido sobre las capacidades del operador y aclare que tiene dos (no uno) grados de variabilidad.