変調

はじめに

ラジオなどで使われている変調について。音声を単純に電気信号に変えただけだと遠くに伝えるのは難しいし、複数の音を混信しないように送ることもできません。そこで、音声よりも高い周波数に変換します。

ＡＭ

ＡＭラジオにも使われて言るＡＭ変調という方式。搬送波と呼ばれる信号の振幅つまり大きさを、音声信号に合わせて変化させます。振幅変調とも呼ばれます。この方式は、受信した電波から元の音声を取り出すのが非常に簡単にできます。

信号が大きい場合には、こんな波形になります。これよりも大きな信号で変調すると歪んでしまいます。

ＡＭ変調の欠点としては、信号のうち音声と関係ない搬送波の成分が大きいということがあります。表の真ん中が搬送波、両側が信号成分です。

ＤＳＢ

不要な搬送波を取り除いて、信号成分だけにした方式もあります。一般にＤＳＢと呼ばれますが、これも振幅変調の一種でもあります。

ＤＳＢの波形はこんな感じです。この場合でも、音声信号の面影を見て取ることが出来ます。

ＤＳＢは２つの信号の和としても表せます。それぞれを別々にしてみました。

２つの信号を合わせると、もとのＤＳＢと同じになります。

ＳＳＢ

ＤＳＢの２つの信号のうち、片方だけを取り出したものがＳＳＢと呼ばれるものです。片方だけでも、もとの信号を作り出すことはできるのでＤＳＢよりも効率は高いです。ＳＳＢ信号の場合は、波形を見ても音声信号の面影はありません。
図のように、単純な正弦波の音で変調したＳＳＢは、搬送波から少し周波数がずれただけの正弦波になります。

ＦＭ

ＦＭラジオに使われているＦＭ変調です。音声信号の大きさによって、周波数を変化させます。図はわかりやすいように、少し大げさに変化させていますがＦＭラジオなどの場合は見てもわからないくらいの割合です。

ＦＭ変調された信号に含まれる周波数成分は、搬送波を中心に広がっています。

ＰＷＭ

デジタルアンプなどに使われるＰＷＭ変調についても説明してみます。音声信号とノコギリ波と呼ばれる信号を比較して、どちらが大きいかということから信号を作成します。

作成されたＰＭＷ信号には、もとの音声信号の面影は無いようにみえます。

周波数成分は、高いほうに広がってはいますが、もとの音声信号の成分がかなり残っています。この音声信号だけを取り出すことで、もとの音が再現できます。
高い周波数をカットするローパスフィルターというものを使うのですが、信号を平均することで似たような効果を得ることもできます。

ＰＭＷ信号を２４個づつ平均した波形は、まだギザギザが残っていますが元の信号にだいぶ近くなりました。

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