Comment un fil téléphonique peut-il avoir plusieurs fréquences à la fois?

Comment un fil téléphonique peut-il avoir plusieurs fréquences?
Dans mon manuel sur les réseaux DSL vs Dial Up, il dit ce qui suit:

La ligne téléphonique résidentielle transporte simultanément des données et des signaux téléphoniques traditionnels, qui sont codés à différentes fréquences:

• Un canal aval haut débit, dans la bande 50 kHz à 1 MHz

• Un canal amont à vitesse moyenne, dans la bande 4 kHz à 50 kHz

• Un canal téléphonique bidirectionnel ordinaire, dans la bande 0 à 4 kHz

D'après mes connaissances de base en physique, la fréquence d'un fil est la vitesse à laquelle il inverse la polarité. Donc, si vous avez un fil, comment les électrons peuvent-ils changer simultanément la polarité 4 000 fois / seconde (pour parler au téléphone) et également 50 000 fois / seconde (pour utiliser DSL)?

L'hypothèse sous-jacente dans votre question - que la fréquence mesurée est la vitesse à laquelle les électrons inversent la polarité - est incorrecte. La fréquence d'un signal à l'émetteur, au récepteur ou n'importe où entre les deux correspond physiquement à l'arrivée cyclique d'une tension.

Par exemple, dans une application numérique utilisant la modulation d'amplitude (supposons une activation / désactivation pour plus de simplicité), vous pouvez mesurer la fréquence en fonction du nombre d'impulsions d'activation que vous détectez par unité de temps. Dans les communications RF, cela peut correspondre à une tension logique élevée, ou dans les communications optiques, cela peut correspondre à l'arrivée d'un grand nombre de photons. Dans le cas idéal, un état logique bas ou éteint correspondrait à une tension nulle ou à l'absence de photons, mais les courants d'obscurité et les imperfections des modulateurs en font rarement le cas.

En termes de mise en œuvre, une mise en œuvre directe et simple de la transmission de deux fréquences RF distinctes sur un même support (un fil de cuivre) consiste à utiliser deux chaînes d'émetteurs complètes pour coder les données aux deux fréquences porteuses distinctes, puis la utilisation d'un combinateur RF pour obtenir les deux sorties des émetteurs sur un seul fil de cuivre. Le récepteur peut être mis en œuvre de plusieurs façons, mais une méthode simpliste consisterait à utiliser un diviseur de puissance RF pour créer deux copies du signal, puis à utiliser un filtre passe-haut sur l'un et un filtre passe-bas sur l'autre. Vous pouvez ensuite continuer avec la chaîne de réception normale.

Comme d'autres l'ont dit, plusieurs fréquences peuvent être présentes sur un fil en même temps. La présence instantanée de plusieurs fréquences n'indique cependant pas de multiples tensions; il y aura nécessairement une seule tension à un point donné sur le fil (tant que la tension est définie entre ce point et une référence commune, généralement la masse). Cependant, sur une période de temps, vous pouvez construire un signal en échantillonnant à intervalles réguliers. Ce signal ne ressemblera pas à une onde sinusoïdale normale si plusieurs fréquences sont présentes, en raison du principe de superposition. Si vous choisissez deux fréquences porteuses, disons 5 kHz et 5 MHz, modulez les données sur les deux, puis additionnez les signaux modulés résultants, vous pourriez être confronté à un signal très particulier dans le domaine temporel.

Sur «un fil», il ne peut y avoir qu'une seule tension présente à un moment donné à un certain point sur ce fil. Donc, si vous ajoutez deux ondes sinusoïdales, la somme n'est plus une onde sinusoïdale mais quelque chose d'autre. Les électrons se déplacent également de la même manière complexe. Observez la source de l'animation .

Plus vous ajoutez de fréquences, plus le signal devient complexe. A partir d'un certain nombre de fréquences comme c'est le cas pour l'ADSL / VDSL, le signal combiné apparaît sous forme de bruit sur un analyseur de spectre ou un oscilloscope et devient inintelligible pour le cerveau humain.

Comment la multitude de fréquences qui composent un morceau de musique peut-elle être transmise avec succès à un haut-parleur et reproduite en grande partie sans erreur?

Les haut-parleurs sont connectés par des fils et les microphones aussi - il n'y a absolument aucune différence de principe. Il se trouve qu'un fil téléphonique transporte des fréquences beaucoup plus élevées, mais le principe est le même.

Tout support qui transporte une seule fréquence est généralement capable de transporter une multitude de fréquences. Air par exemple - vous pouvez parler à votre voisin et le modèle de parole que vous produisez est une multitude de fréquences en constante évolution.

Les émetteurs radio partagent tous le même support et il n'y a aucun problème à distinguer une transmission à 98,4 MHz et une autre à 99 MHz.

Vous devez examiner la superposition et les systèmes linéaires. À titre d'exemple de fréquences multiples sur un fil, une onde carrée a beaucoup d'harmoniques.

Il y a un problème encore plus fondamental dans votre question que celui signalé dans les autres réponses.

"Simultanément" est un concept de domaine temporel. La fréquence est un concept de domaine fréquentiel.
Ce sont des transformées de Fourier les unes des autres, donc ce sont des concepts "doubles", pas des concepts orthogonaux.

Il est certainement possible d'avoir un signal avec deux fréquences: il suffit d'ajouter deux cosinus de fréquences différentes ensemble; le signal "simultanément" a deux fréquences.

Mais dire que le signal "simultanément" a deux fréquences n'aurait aucun sens car "simultanément" se réfère à un seul instant dans le temps, et si vous vous limitez à un seul instant dans le temps, vous ne pouvez probablement rien savoir sur les différentes fréquences présentes.
(Il s'agit du principe d'incertitude temps-fréquence, qui devrait vous rappeler le principe d'incertitude de Heisenberg.)

Une fois que vous commencez à regarder toutes les fréquences possibles, la notion de temps perd tout son sens.

Dans une seule conversation téléphonique se trouvent de nombreuses fréquences (qui changent avec votre hauteur de voix si rien d'autre)! Des ondes à différentes fréquences sont superposées pour créer la forme d'onde résultante. Si cela ne fonctionnait pas, le seul son que vous pourriez entendre est des ondes sinusoïdales de hauteur variable.

Un fil peut transporter plusieurs signaux électriques, tout comme l'air peut transporter plusieurs sons.

Imaginez que vous êtes dans une pièce calme et qu'un violon commence à jouer une note. Une seule fréquence que vous entendez à travers les vibrations de l'air.

Puis il est rejoint par un violoncelle. Maintenant, vous avez deux fréquences qui voyagent à travers un support vers vos tympans. Vous pouvez entendre qu'ils sont différents et qu'avec l'entraînement, vous pouvez savoir quelle note chacun jouait.

Il fonctionne exactement de la même manière dans le fil uniquement avec des électrons plutôt qu'avec des molécules d'air.

Après modulation et transmission depuis la source, le signal final sur le fil EST un signal unique. Essayez simplement de revenir à l'ère pré-numérique du câble où vous avez raccordé vos fournisseurs de câblodistribution directement à votre téléviseur et avez pu regarder n'importe quelle chaîne.

Et si vous aviez deux téléviseurs à ces moments-là, vous pouvez regarder deux chaînes différentes en même temps qui étaient présentes sur le même fil. Notez que je parle de vieux temps où vous n'aviez PAS besoin d'un décodeur de votre câblodistributeur pour voir les chaînes.

Revenons maintenant au signal unique sur le fil. Il s'agit toujours d'un seul signal. La magie se produit à l'extrémité de réception. Vous pouvez envoyer le même signal unique à différents récepteurs. Pour une réception et un traitement réussis et clairs, vous aurez besoin d'un circuit pour RÉGLER la fréquence de votre choix. Ils sont appelés filtres passe-bande. Ces circuits traitent le signal complexe unique, mais ils ne répondent qu'à certaines caractéristiques de synchronisation du signal d'entrée. Tout ce qui ne confirme pas ce timing est supprimé (le terme approprié est atténué). La partie du signal qui correspond à la synchronisation est autorisée à conserver sa force de signal. La sortie de ce circuit n'est plus que le signal que l'appareil souhaite traiter.

Le même signal unique peut être envoyé à un autre appareil réglé sur une autre fréquence. Ensuite, sa sortie sera la deuxième fréquence à laquelle il a été accordé.

Ni la première sortie ni la deuxième sortie ne contiennent désormais les autres signaux. Si vous essayez d'alimenter ces sorties vers un autre appareil et de régler une autre fréquence, vous n'obtiendrez rien.

Pour une explication détaillée, vous devrez rechercher sur Google et comprendre le fonctionnement des circuits LC (RC également). Les caractéristiques combinées de charge et de décharge des composants LC déterminent la fréquence d'accord.

Il existe également une autre façon d'accorder appelée filtre coupe-bande.

Maintenant, comment l'émetteur peut-il obtenir autant de signaux combinés sur un seul fil, est un champ complètement différent.