Як телефонний провід може мати декілька частот одночасно?

Як телефонний провід може мати декілька частот?
У моєму підручнику "Мережі" про DSL проти Dial Up написано наступне:

Житлова телефонна лінія несе одночасно дані та традиційні телефонні сигнали, які кодуються з різною частотою:

• Високошвидкісний низхідний канал у діапазоні від 50 кГц до 1 МГц

• Середньошвидкісний висхідний канал у діапазоні від 4 кГц до 50 кГц

• звичайний двосторонній телефонний канал у діапазоні від 0 до 4 кГц

З моїх основних знань з фізики, частота дроту - це швидкість, з якою вона обертає полярність. Отже, якщо у вас є один провід, як можуть електрони одночасно змінювати полярність 4000 разів / секунду (для розмови по телефону), а також 50 000 разів / секунду (для використання DSL)?

Основне припущення у вашому запитанні - що частота, яка вимірюється, є швидкістю, з якою електрони зворотні полярність - невірна. Частота сигналу на передавачі, приймачі або в будь-якому іншому місці фізично відповідає циклічному надходженню напруги.

Наприклад, у цифровому застосуванні, що використовує амплітудну модуляцію (припустимо, клавіша вимкнення для простоти), ви можете виміряти частоту за кількістю імпульсів "включення", які ви виявляєте за одиницю часу. У радіочастотних комунікаціях це може відповідати логічно високій напрузі, або в оптичних комунікаціях це може відповідати надходженню великої кількості фотонів. В ідеальному випадку, логічно низький або вимкнений стан відповідав би напрузі нульовій або надходженню фотонів, але темні струми та недосконалості модуляторів рідко роблять це.

З точки зору реалізації, проста та проста реалізація передачі двох окремих частот РЧ на одному носії (мідний провід) полягає у використанні двох повних ланцюгів передавачів для кодування даних на двох різних несучих частотах, а потім використання радіочастотного комбайнера для отримання двох виходів з передавачів на єдиний мідний провід. Приймач може бути реалізований різними способами, але спрощеним методом було б використання дільника потужності РФ для створення двох копій сигналу, а потім використання фільтра високої прохідності на одному та фільтра низьких частот на другому. Потім ви можете продовжити звичайний ланцюг приймача.

Як говорили інші, на дроті можуть бути одночасно декілька частот. Миттєва наявність декількох частот не вказує на множинні напруги; обов'язково буде одна напруга в будь-якій заданій точці проводу (до тих пір, поки напруга буде визначена між цією точкою та загальною базою, як правило, землею). За певний проміжок часу ви можете побудувати сигнал, вибираючи вибірки через рівні проміжки часу. Цей сигнал не буде схожий на звичайну синусоїдальну хвилю, якщо присутні кілька частот через принцип суперпозиції. Якщо ви виберете дві несучі частоти, скажімо, 5 кГц і 5 МГц, модулюйте дані на обох і потім підсумовуйте отримані модульовані сигнали, можливо, вам буде представлений дуже своєрідний сигнал у часовій області.

На 'одному проводі' може бути лише одна напруга, присутнє в будь-якому випадку в певний момент часу на цьому проводі. Отже, якщо додати дві синусоїди, сума більше не є синусоїда, а щось інше. Електрони також рухаються таким же складним чином. Слідкуйте за джерелом анімації .

Чим більше частот ви додаєте, тим складнішим стає сигнал. З певної кількості частот, як це стосується ADSL / VDSL, комбінований сигнал з'являється як шум на аналізаторі спектра або осцилоскопії і стає невідповідним людському мозку.

Як можна безліч частот, що складають музичний твір, успішно передаватися на гучний динамік і відтворюватися в основному без помилок?

Динаміки пов'язані з проводами, як і мікрофони - різниці в принципі абсолютно немає. Так трапляється, що телефонний провід несе набагато більші частоти, але принцип той же.

Будь-який носій, що несе одну частоту, зазвичай здатний переносити безліч частот. Наприклад, ефір - ви можете розмовляти зі своїм сусідом, і формулювання мовлення - це безліч постійно змінюваних частот.

Усі радіопередавачі поділяють один і той же носій, і немає проблеми розрізнити одну передачу на 98,4 МГц та іншу на 99 МГц.

Потрібно подивитися на суперпозицію та лінійні системи. Як один із прикладів декількох частот на дроті, квадратна хвиля має безліч гармонік.

У вашому питанні є ще більш фундаментальна проблема, ніж зазначено в інших відповідях.

"Одночасно" - поняття часової області. Частота - це поняття частотної області.
Це перетворення Фур'є один одного, тому вони є "подвійними" поняттями, а не ортогональними.

Звичайно, можна мати сигнал з двома частотами: просто додайте два косинуси різних частот разом; сигнал "одночасно" має дві частоти.

Але говорити, що сигнал "одночасно" має дві частоти, було б безглуздо, оскільки "одночасно" посилається на одну мить у часі, і якщо ви обмежитеся однією миттю в часі, ви, можливо, нічого не можете знати про різні наявні частоти.
(Це принцип невизначеності часових частот, який повинен нагадувати про принцип невизначеності Гейзенберга.)

Як тільки ви почнете дивитись на всі можливі частоти, тоді поняття часу стає безглуздим.

В межах лише однієї телефонної розмови є багато багатьох частот (які змінюються з вашим голосом, якщо нічого іншого)! Хвилі на різних частотах накладаються для створення отриманої форми хвилі. Якщо це не спрацювало, то єдиний звук, який ви змогли б почути, - це синусоїда різних хвиль.

Дріт може нести кілька електричних сигналів так само, як повітря може передавати кілька звуків.

Уявіть, що ви в тихому приміщенні, і скрипка починає грати на ноті. Єдина частота, яку ви чуєте через вібрації в повітрі.

Потім до нього приєднується віолончель. Тепер у вас є дві частоти, що проходять через одне середовище до барабанних перетинок. Ви можете почути, що вони різні, і на тренуваннях можна було сказати, яку ноту грав кожен.

Він працює точно так само в дроті лише з електронами, а не з молекулами повітря.

Після модуляції та передачі від джерела кінцевий сигнал на дроті є єдиним сигналом. Просто спробуйте повернутися до епохи до цифрового кабелю, де ви підключили провайдерів кабельного телебачення безпосередньо до телевізора і змогли переглядати будь-який канал.

І якщо у вас було два телевізори тих часів, ви можете дивитися два різні канали одночасно, які були присутні на одному проводі. Зауважте, що я кажу про старі часи, коли вам НЕ потрібен ящик від вашої кабельної компанії, щоб побачити канали.

Тепер повернемося до єдиного сигналу на дроті. Це завжди лише один сигнал. Магія відбувається в приймальному кінці. Ви можете подавати один і той же сигнал на різні приймачі. Для успішного та чіткого прийому та обробки вам знадобиться схема на ТУНУ на вибрану частоту. Вони називаються смуговими фільтрами. Ці схеми обробляють єдиний складний сигнал, але вони реагують лише на певні часові характеристики вхідного сигналу. Все, що не підтверджує цей термін, випадає (належний термін ослаблений). Частині сигналу, яка відповідає часовій схемі, дозволяється зберігати свою силу сигналу. Вихід з цієї схеми - це лише сигнал, який пристрій хоче обробити.

Один і той же сигнал може подаватися на інший пристрій, налаштований на іншу частоту. Тоді його вихід буде другою частотою, на яку він був налаштований.

Ні перший вихід, ні другий вихід, тепер немає інших сигналів в них. Якщо ви спробуєте подати ці виходи на інший пристрій і настроїти на іншу частоту, ви нічого не отримаєте.

Для детального пояснення вам потрібно буде google і зрозуміти, як працюють схеми LC (RC також). Комбіновані характеристики заряду та розряду компонентів ЖК визначають частоту настройки.

Існує також інший спосіб настройки, який називається смуговим фільтром.

Тепер, як передавач здатний отримати стільки сигналів, об'єднаних на один провід, - це ціле окреме поле.