링 변조

전자공학에서 링 변조는 신호 처리 기능, 즉 두 신호가 결합되어 출력 신호를 생성하는 주파수 혼합의 구현입니다.반송파라고 하는 신호는 일반적으로 사인파 또는 다른 단순 파형이며, 다른 신호는 일반적으로 더 복잡하며 입력 또는 변조기 신호라고 합니다.링 변조기는 링 변조를 위한 전자 장치이다.링 변조기는 음악 신시사이저 및 효과 유닛으로 사용할 수 있다.

이 이름은 원래 이 기술을 구현하기 위해 사용된 다이오드의 아날로그 회로가 링 모양인 다이오드 ^[2]링에서 유래했습니다.이 회로는 다이오드가 왼쪽 또는 오른쪽을 향하지 않고 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 향한다는 점을 제외하면 브리지 정류기와 유사합니다.

링 변조는 진폭 변조와 매우 유사하며, 후자의 경우 변조기가 캐리어와 증배되기 전에 양의 값으로 전환되는 반면, 전자의 경우 비변조 변조기가 캐리어와 증배됩니다.이는 1,500Hz 및 400Hz의 주파수를 가진 두 사인파의 링 변조가 출력 신호로 1,900Hz의 사인파와 1,100Hz의 사인파의 합계를 생성하는 효과가 있습니다.이 2개의 출력 주파수는 사이드 밴드라고 불립니다.입력 신호 중 하나에 유의한 톤이 있는 경우(사각형 파형의 경우) 각 고조파는 고조파와 ^[3]관련이 없는 자체 사이드 밴드 쌍을 생성하므로 출력은 상당히 다르게 울립니다.

작동

반송파 신호를 c${\displaystyle }$( $){displaystyle$ c$(t$ 변조기 신호를${\displaystyle }x{\displaystyle }$ ($t$$){displaystyle$ x$(t)},$$$ 출력 신호를${\displaystyle }y{\displaystyle }$ ($)($$여기$서$$t {$displaystyle$$$t$}$는 시간을 나타냄)로 나타내면 링 변조는 다음 공식으로 설명됩니다.

$\displaystyle y(t)=x(t)\cdot c(t)}$

$t)$ {$displaystyle$ c$(t)}$ $및$ ${\displaystyle x_{}}$$t$${\displaystyle )}$ {$displaystyle$ x$($$t)}$가 각각 $주파수{\displaystyle {}_{}}$ $fc(\displaystyle$ f_${$의 $사인파일 경우$ $y(\$displaystyle y$(t))$는 $주파수{\displaystyle {}_{}{fxpl}_{}}$의 2개의 합이 됩니다.$ystyle f_{c}+f_{x}$ 및$$ ${$x$\}$ 주파수 f - ${\displaystyle f_{}}$ - f - {$displaystyle f_{c}$ - f$_$ {$x}$의 반대쪽. 이는 삼각 아이덴티티의 결과입니다.

$(\displaystyle \sin(u)\cdot \sin(v)=param frac {1}{2}}\left(\cos(u-v)-\cos(u+v)\right).}$

혹은 시간영역의 곱셈이 주파수영역의 곱셈과 같다는 사실을 이용할 수 있다.

따라서 링 변조기는 각 파형에 존재하는 주파수의 합과 차이를 출력합니다.이 링 변조 프로세스에서는 부분적인 신호가 풍부하게 생성됩니다.또, 캐리어나 착신 신호 모두 출력에 현저하지 않고, 이상적으로는 전혀 존재하지 않습니다.

주파수가 조화롭게 관련되고 서로 링이 변조된 두 발진기는 음표의 조화 부분과 여전히 일치하지만 매우 다른 스펙트럼 구성을 포함하는 소리를 생성합니다.발진기의 주파수가 조화롭게 관련되지 않은 경우 링 변조는 종종 벨과 같은 또는 다른 금속 소리를 발생시키는 부조화를 생성합니다.

반송파 신호가 주파수 ${\displaystyle f_{}}$c의 사각파({$displaystyle f_{c$인 경우, 푸리에 확장에 기본 및 일련의 감소 진폭 홀수 고조파가 포함됩니다.

${\displaystyle c(t)=\sin f_{c}t+{\frac {1}t+{5}\sin 5f_{c}t+{\frac {1}{7}\sin 7f_{c}t+\ldots }$

반송파 $주파수{\displaystyle {}_{}}$ {\$displaystyle f_{c}}$는 변조 $신호{\displaystyle }$x$(\displaystyle$x($t$의 최대 주파수의 2배 이상이며, 그 결과 출력은 ^[4]주파수 스펙트럼의 증가 영역에서 $(\displaystyle x($t)가$$ $연속적$으로 중복됩니다.예를 들어 x${\displaystyle }$(${\displaystyle t}$) {$display x(t)}$는 100Hz의 사인파를 나타내고 $반송파{\displaystyle }$ c${\displaystyle (}$ $)$ {$displaystyle$ c$(t)}$는 300Hz의 이상적인 사각파를 $나타냅니다{\displaystyle }$.그런 다음 출력에는 반송파 사각파의 푸리에 확장에 따라 감소하는 진폭에서 100±300Hz, 100±900Hz, 100±1500Hz 등의 사인파가 포함됩니다.반송파 주파수가 신호의 상위 주파수의 2배 미만일 경우 결과 출력 신호에는 신호와 시간 영역에서 결합된 반송파 모두의 스펙트럼 성분이 포함됩니다.

출력에는 개별 변조기 또는 반송파 성분이 포함되어 있지 않기 때문에 링 변조기는 더블 밸런스 ^[5]믹서라고 불리며, 여기서 두 입력 신호가 모두 억제(출력에는 존재하지 않음)됩니다.출력은 전적으로 두 입력의 주파수 성분의 곱으로 구성됩니다.

역사

링 변조기는 프랭크 A에 의해 발명되었다.1934년 코완과 1935년^[6] 클라이드 R의 발명에 대한 개선으로 특허를 취득했다.벨 ^[7]연구소의 키스입니다.원래 어플리케이션은 아날로그 텔레포니 분야에서 전화 케이블을 통해 여러 음성 신호를 전송하기 위한 주파수 분할 다중화를 위한 것이었습니다.이후 음성 반전, 라디오 송수신기, 전자 음악 등 다양한 용도에 적용되고 있다.

원래의 Cowan 특허는 다이오드 4개의 링을 가진 회로를 기술하고 있지만, 이후 구현에서는 스위칭 소자로 FET를 사용했습니다.

회선 설명

링 변조기는 입력단, 반송파 신호에 의해 들뜬 4개의 다이오드의 링 및 출력단을 포함한다.입력 및 출력 단계에는 일반적으로 다이오드 링을 향한 중앙 탭이 있는 변압기가 포함됩니다.다이오드 링은 브리지 정류기와 비슷한 점이 있지만 링 변조기의 다이오드는 모두 시계 방향 또는 시계 반대 방향을 가리킵니다.(오른쪽 상단에 있는 링 변조기의 개략도를 참조하십시오).

양전류와 음전류를 번갈아 사용하는 반송파는 항상 한 쌍의 다이오드를 전도시키고 다른 한 쌍의 다이오드를 반전 바이어스합니다.도체 쌍은 좌측 변압기에서 우측 변압기의 1차 변압기로 2차 신호를 전송합니다.좌측 캐리어 단자가 양극일 경우 상단 및 하단 다이오드가 전도됩니다.단자가 음의 경우 사이드 다이오드는 전도하지만 변압기 사이에 극성 반전을 생성합니다.이 동작은 접속 반전용으로 배선된 DPDT(Double Pole, Double Throw) 스위치의 동작과 매우 유사합니다.

링 변조기의 특별한 장점은 양방향이라는 것입니다.신호 흐름은 반전할 수 있기 때문에 예를 들어 저비용 무선 트랜시버에서 같은 반송파를 가진 동일한 회로를 변조기 또는 복조기로 사용할 수 있습니다.

링 변조의 집적회로 방식

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일부 최신 링 변조기는 단순히 시간 영역 신호를 곱하여 거의 완벽한 신호 출력을 생성하는 디지털 신호 처리 기술을 사용하여 구현됩니다.두 입력 파형의 주파수를 신중하게 선택하고 변경하여 상호 변조 제품을 생성할 수 있습니다.신호가 디지털로 처리되면 주파수 영역 변환은 원형 변환이 됩니다.신호가 광대역일 경우 앨리어스 왜곡이 발생하기 때문에 링 변조 전에 동작을 오버샘플링하거나 신호를 로우패스필터링하는 것이 일반적입니다.

코모도어 64에 있는 SID 칩을 사용하면 삼각파를 링 변조할 수 있습니다.발진기 1은 발진기 3의 주파수로, 발진기 2는 발진기 1의 주파수로, 발진기 3은 발진기 2의 주파수로 변조된다.반송파 오실레이터가 삼각형 파형을 생성하도록 설정되지 않는 한 링 변조는 비활성화되지만 사용 가능한 파형을 생성하도록 변조 오실레이터를 설정할 수 있습니다.그러나 변조 오실레이터를 어떤 파형으로 설정하든 간에 링 변조는 항상 사각파를 ^{[8][failed verification]}사용하여 삼각파를 변조하는 효과가 있습니다.

ARP Odyssey 신시사이저(및 그 시대의 다른 일부)에서 링 변조기는 두 발진기의 사각파 출력에서 공급되는 XOR 함수(4개의 NAND 게이트에서 형성됨)입니다.사각파 또는 펄스파 신호의 제한된 경우 이는 실제 링 변조와 동일합니다.

아날로그 멀티플라이어 IC(아날로그 디바이스에서 제조된 IC 등)는 동작 제한이나 스케일 팩터 등의 문제에 관해서는 링 변조기로 기능합니다.곱셈기 IC의 사용은 정류회로의 훨씬 더 복잡한 곱이 아니라 변조 곱이 입력의 합과 차이 주파수(회로가 과구동되지 않는 한)에 주로 제한된다는 것을 의미합니다.

제한 사항

반송파의 DC 컴포넌트는 반송파의 억제를 저하시키기 때문에 무선 애플리케이션에서 반송파는 일반적으로 변압기 또는 캐패시터 결합됩니다. 저주파(예를 들어 오디오) 애플리케이션에서는 반송파가 ^[9]출력에서 요구되거나 요구되지 않을 수 있습니다.

다이오드 및 변압기의 결함으로 인해 두 입력 신호의 아티팩트가 발생합니다.실제 링 변조기에서는 반대되는 불균형(예: 가변 저항기 또는 콘덴서)을 도입함으로써 이러한 누출을 줄일 수 있습니다.

적용들

무선 통신

링 변조는 예를 들어 FM 스테레오 신호를 복조하거나 휴대 전화 및 무선 네트워크 시스템의 헤테로다인 마이크로파 신호를 복조하기 위해 라디오 수신기에서도 광범위하게 사용되어 왔습니다.이 경우 회로는 링 복조기라고 불리기도 하며 많은 가능한 초퍼 ^[10][11]회로 중 하나입니다.링 변조기는 무선 전송에 사용되는 ^[12]더블 사이드 밴드 억제 반송파(DSB-SC)를 생성하기 위해 사용할 수 있다.

음악 및 음향 효과

링 변조기를 이용한 최초의 악기 중 하나는 Harald Bode가 만든 Melochord(1947년)이다.이 키보드는 풋 컨트롤러가 달린 2음 멜로디 키보드 악기로, 나중에 음색 제어용 두 번째 키보드를 추가했는데, 백색 노이즈 발생기, 엔벨로프 컨트롤러, 포만트 필터 및 ^[13]고조파용 링 변조기를 갖추고 있습니다.초기 멜로코드는 본 ^[14]대학의 전자 음악 스튜디오 초기에 Werner Meyer-Eppler에 의해 널리 사용되었다.마이어 에플러는 1949년에 ^[15]출판된 그의 책 "엘렉트리스체 클랑제궁"에서 링 변조기의 음악적 응용에 대해 언급했다.

마이어 에플러의 제자 카를하인츠 스톡하우젠은 1956년 게상 데 준글링에의 몇몇 소리에 링 변조를 사용했고, 텔레무식(1966)의^[16] 그의 깨달음 점수도 그것을 요구한다.실제로, Karlheinz로 여러 전체 구성의 Mixtur(1964년), 하나의 오케스트라와 라이브 제품에 대한 첫번째 구성의;Mikrophonie 2세(1965년), 합창 소리의 소리는 해먼드 오르간과 변조, 어디 두대의 피아노들로부터 오는 소리를 링 변조기를 통해서 연결된다 만트라(1970년)[16]고, 리치와 같은 기초한다.t-B플루트와 ^[17][18][19]트럼펫을 조율하는 손타그 아우스 리흐트(2003)^[1]의 일더(2002).링 변조를 사용한 다른 스톡하우젠 작품으로는 콘탁테(1960),^[1] 미크로포니 1세(1964),^[1] 하메넨(^[1]1969), 프로지션(1967),^[1] 쿠르츠웰렌(1968)^[1] 등이 있다.

링 변조기는 영화 자금성(1956)에서 루이스와 베베 바론의 음악에 사용된 주요 구성요소였다.링 변조기의 가장 잘 알려진 응용 프로그램 중 하나는 BBC ^[20]라디오폰 워크샵의 브라이언 호지슨이 1963년부터 텔레비전 시리즈 닥터 후에서 달렉의 독특한 목소리를 만들기 위해 사용한 것일 수 있다.

최초의 음악 전용 제품 중 하나는 1961년 Harald Bode에 의해 개발된 Bode Ring Modulator였다.또한 1964년에는 사이드 ^[21]밴드를 제거하여 더 선명한 소리를 내는 보드 주파수 시프터를 개발했습니다.이 장치들은 전압에 의해 제어되도록 설계되었으며,^[22] 그가 주창하는 모듈식 신시사이저 아키텍처와 호환되며, 이 모듈들은 R.A.에 라이선스되었습니다. Moog 모듈러 신시사이저의 Moog는 1963-1964년에 ^[23]시작되었습니다.1963년, Don Buchla는 그의 첫 모듈러 신시사이저인 ^[24]Model 100에 옵션인 링 변조기를 포함시켰습니다.또 톰 오버하임은 1960년대 ^[25][26]말 음악가 친구를 위해 링 변조기 유닛을 만들어 기타리스트를 위한 최초의 링 변조기 제품 중 하나인 오버하임 일렉트로닉스 뮤직 변조기와^[27] 마에스트로 링 변조기의 ^[28]기원이 됐다.EMS VCS3, Synthi A, ARP 2600, Odyssey, Rodes Chroma 및 Yamaha CS-80 신시사이저에도 링 변조기가 내장되어 있습니다.

존 맥러플린은 특히 "On the Way Home to Earth"라는 트랙에서 1974년 마하비슈누 오케스트라의 앨범인 "Visions of the Emerald Beyond"에서 링 변조기를 많이 고용했다.마일즈 데이비스의 1975년 라이브 앨범 아가르타에서 기타리스트 피트 코시는 그가 연주한 ^[29]사운드를 링 변조기를 통해 연주했다.딥 퍼플의 존 로드는 1989년 ^[30][31]그가 묘사한 깁슨 링 변조기 유닛을 통해 해먼드의 신호를 무대에서 생방송으로 전달했습니다.자칭 비음악가인 호크윈드의 창립 멤버 딕 미크는 밴드와 함께 하는 동안 링 변조기를 주 악기로 사용했다.^[32]

울림 변조는 루치아노 베리오의 작품 Ofanim(1988/1997)에서 사용되며, 첫 번째 섹션은 어린이 목소리와 클라리넷에 적용된다: "아이의 목소리를 클라리넷으로 변환하는 것이 바람직했다.이를 위해 피치 디텍터는 음성의 순간 $주파수{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {f\mathrm{}}_{}}$ 0${\displaystyle {}_{}}$(${\displaystyle n}$ $){displaystyle f_{0}(n)}$을 계산합니다.그런 다음 자녀 음성이 링 변조기를 통과합니다.여기서$$ $반송파{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle f_{}}$${\displaystyle c_{}}$의 ${\displaystyle \mathrm{주파수}}$는${\displaystyle }$f${\displaystyle {}_{}}$0${\displaystyle }$($n$ / 2 ({$displaystyle$$f_$${0} ($n)/$2{\displaystyle {}_{}}$)로 설정됩니다.이 ^{[33][failed verification]}경우 로우 레지스터의 클라리넷 소리와 유사한 홀수 고조파가 우세합니다.

아날로그 전화 시스템

링 변조기의 초기 적용은 주파수 분할 다중화를 사용하여 여러 아날로그 전화 음성 채널을 단일 케이블로 전송하는 단일 광대역 신호로 결합하는 것이었습니다.채널을 다른 주파수에 할당하기 위해 반송파 및 필터와 함께 링 변조기가 사용되었습니다.

아날로그 전화 채널의 보안을 확보하기 위한 초기 시도에서는 음성 음성 신호의 스펙트럼을 수정하기 위해 링 변조기를 사용했습니다.한 가지 애플리케이션은 스펙트럼 반전(일반적으로 음성의 경우)입니다. 반송파 주파수는 최고 음성 주파수(예를 들어 3.3kHz의 반송파일 경우 3kHz로 필터링된 로우패스)를 초과하도록 선택되며, 변조기로부터의 합계 주파수는 더 많은 로우패스 필터링에 의해 제거됩니다.나머지 차분 주파수는 반전 스펙트럼을 가진다.고주파수는 낮아지고 그 반대도 마찬가지입니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 테레민

레퍼런스

외부 링크

• Scott Lehman. "Effects Explained: Ring Modulation". Harmony Central. Archived from the original on 1 December 2005.