На первый может показаться, что термин «частотная модуляция» используют только те люди, чья работа связана с ремонтом или обслуживанием электронной радиопередающей аппаратуры. На самом деле это распространенное заблуждение. Частотная модуляция знакома большинству, просто из-за использования англоязычного названия многие даже не подозревают, что в повседневной жизни часто ее упоминают. Сейчас названия радиостанций у всех на устах. Это различные «радио ФМ». А задумывались ли вы, что означает приставка «ФМ»? Это и есть частотная модуляция, только в обрусевшей аббревиатуре – Frequency Modulation, то есть FM.
Для модуляции любого аналогового сигнала, несущего полезную информацию, применяют несколько разновидностей его формирования. Наибольшее распространение получили следующие виды модуляции: частотная и амплитудная. Рассмотрим каждую из них более подробно.
Термин «аналоговый» означает непрерывный во времени, в отличие от дискретного цифрового, передающегося чередованием импульсов. Вспомним основы физики и синусоиду переменного тока. Декартовы координаты на плоскости: горизонтальная и вертикальная линии. По горизонтали откладывается время, а вертикаль отображает интенсивность (значение тока). Синусоида – это непрерывные волны, словно нанизанные на ось времени. Для того чтобы с помощью синусоиды передать информацию, необходимо определенным образом выполнить кодировку, то есть условным способом преобразовать волну.
Представим, что мы можем взять синусоиду за две стороны (две произвольных точки на расстоянии друг от друга) и сжать ее, словно гармошку. В результате волны станут более острыми, площадь каждой из них уменьшится, но их количество, проходящее за единицу времени, станет больше. Фактически, синусоида уплотнится. То есть была изменена частота. Однако такая синусоида не является полезным сигналом: если ее принять на радиоприемник, то можно услышать лишь равномерный фон (писк, гул).
Чтобы эта несущая частота содержала полезную составляющую, нужно выполнить кодировку или модуляцию, что одно и то же. Представим теперь, что мы в одном месте сжали волны сильнее, чем в другом, а где-то вообще растянули синусоиду, то есть сформировали определенный порядок. В результате фон стал модулированным, меняющим тональность (при воспроизведении динамиком). Если теперь часто менять тон, то можно передать полезную информацию (звук). Это и есть частотная модуляция. Конечно, руками синусоиду никто не растягивает – это задача специальных преобразователей.
Похожий принцип использует амплитудная модуляция сигнала (АМ, Amplitude Modulation), с той лишь разницей, что изменению подвергается не частота волн, а их высота. Мысленно представим синусоиду: захватываем руками сразу несколько волн, расположенных выше и ниже горизонтальной оси времени. Теперь относительно оси их растягиваем или сжимаем. В результате изменяется высота. Следующую группу волн также изменяем подобным образом, но уже с меньшей (или большей) интенсивностью. Если отправить такую «помятую» синусоиду на динамик, то можно услышать изменение тона: где волны выше, там интенсивность сигнала больше, а где ниже – там меньше. Далее все просто: требуемым образом сжимаем (растягиваем) волны, тем самым кодируя информацию. Как и в случае с частотной модуляцией, здесь также никто ничего руками не растягивает – эта работа соответствующих приборов.
Способ, использующий амплитудную модуляцию сигнала, сильно ограничен шириной спектра, поэтому для передачи стерео малопригоден. Правда, из-за разной длины волны и излучаемой мощности в ФМ и АМ, первый требует частого размещения ретрансляторов. В свою очередь, для АМ в радио характерно большое покрываемое расстояние и четко различаемая полезная составляющая, даже при наличии шумов.
