¿Por qué se puede usar una sola señal de onda sinusoidal para enviar datos digitales, pero se necesita una señal compuesta para enviar conversaciones humanas, etc.?

Aquí hay varias confusiones. Puedo ver lo que el texto que cita está tratando de decir, pero también cómo puede malinterpretarse fácilmente.

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

La radio AM es un gran ejemplo de cómo modular una portadora utilizando la amplitud para transportar una señal de audio. La radio FM es lo mismo 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 es dar la impresión de que el resultado sigue siendo solo una "onda sinusoidal única". Que 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, 1000 MHz y 1001 MHz. Entrar en por qué eso es cierto está más allá del alcance de esta respuesta. Tendrás 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 transportar ninguna información dinámica. Esto es nuevamente parte de la semántica de "seno único". Un verdadero seno único no varía en frecuencia, amplitud o fase. Si lo hizo, puede mostrar mediante el análisis de Fourier que ya no es realmente un solo seno, al igual que la portadora de AM modulada con 1 kHz ya no era un solo seno.

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

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

Una sola onda sinusoidal contiene una sola 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 piezas de información 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 tratando de 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, podría usar una sola onda sinusoidal como portadora y modularla como desee para transportar los datos digitales, pero entonces ya no es una sola onda sinusoidal.

Como dijeron 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 se puede mapear de manera similar en una sola señal de onda sinusoidal cambiando una de las características de la onda (frecuencia, por ejemplo).

Por supuesto, una voz puede transmitirse por modulación de frecuencia. Cada vez que escuchas la radio FM, así es exactamente como se te transmiten las voces de los locutores. Cada vez que hacía una llamada telefónica de larga distancia antes de 1980, era probable que su voz también se transmitiera de esta manera.

apreciará si también puede decir SI la conversación humana se puede muestrear, convertir a un patrón digital y LUEGO transmitir a través de una señal de onda sinusoidal ÚNICA.

Sí, esto también es posible. Por ejemplo, los discos compactos almacenan sonidos, incluidas las voces, en formato digital y, cuando se vuelven a leer, el patrón de bits del disco se usa para modular un rayo láser (un ejemplo de una onda sinusoidal electromagnética) antes de volver a convertirlos en señales de audio. . Además, cada vez que realiza una llamada telefónica de larga distancia hoy en día, es casi seguro que su voz se digitaliza y modula en un portador (y se combina con miles de otras señales de voz) para transmitirse a través de las líneas troncales.

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

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

En modulación de amplitud (por ser la más sencilla), tendremos, en cualquier instante, 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 a lo largo del 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.

La sinusoide simple no lleva 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 transporta una señal de información.

Entonces: el seno simple no lleva ninguna información excepto dónde encontrarla en el dominio de la frecuencia. Llevamos a cuestas la información en él.

La 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 de ruido.

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

El habla humana y la música, por ejemplo, se componen de varias ondas sinusoidales mezcladas. En el caso de la voz, esta se puede muestrear, como mínimo, el doble de la frecuencia más alta del habla (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 es generalmente mínimo de 8. Estos bits representan la amplitud de la señal.Este esquema se llama modulación de código de pulso (PCM).

Este diagrama muestra cómo se vería el muestreo usando 3 bits por canal:

lo cual no sería suficiente para proporcionar un discurso inteligible, pero muestra la idea.

La combinación de muestreo de 8 kHz y 8 bits por muestra significa que el ancho de banda requerido es de 64 kHz.

He escrito un código que toma señales PCM de 8 bits de una tarjeta SD en bloques de 512 bytes a la vez y las reproduce usando una interrupción de 125 µs (correspondiente a 8 kHz), para reproducir mensajes de voz en un sistema integrado. . Ejecutar las dos tareas (leer la tarjeta SD y reproducir las muestras en la rutina de interrupción) simultáneamente) casi maximizó el 8051 que estaba usando.

8 kHz funciona bien para la voz, pero no es lo suficientemente rápido para la música. Los CD utilizan una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz (aproximadamente el doble de la frecuencia más alta en música grabada de 20 kHz), utilizando muestras de 16 bits. Se eligió la extraña frecuencia de muestreo de 44,1 kHz porque es compatible con los sistemas de video NTSC y PAL.

Estas muestras digitales se utilizan luego para modular una frecuencia portadora de onda sinusoidal, de una de varias maneras:

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

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