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Die Frequenzmodulation FM ist ein Modulationsverfahren bei dem die Tragerfrequenz durch das zu ubertragende Signal verandert wird Die Frequenzmodulation ermoglicht gegenuber der Amplitudenmodulation einen hoheren Dynamikumfang des Informationssignals Weiterhin ist sie weniger anfallig gegenuber Storungen Das Verfahren wurde von John Renshaw Carson schon 1922 mathematisch untersucht 1 und von Edwin Howard Armstrong zuerst praktisch umgesetzt Die Frequenzmodulation ist eine Winkelmodulation und verwandt mit der Phasenmodulation Bei beiden wird der Phasenwinkel ϕ T displaystyle phi mathrm T beeinflusst Nicht zu verwechseln ist sie mit der als digitale Frequenzmodulation oder auch als Miller Code bezeichneten Kanalkodierung die beispielsweise bei magnetischen Datentragern zur Datenaufzeichnung Anwendung findet Gegenuberstellung von Amplituden und FrequenzmodulationInhaltsverzeichnis 1 Allgemeines 1 1 Modulation 1 2 Demodulation 2 Kenngrossen der Frequenzmodulation 3 Veranschaulichung der Frequenzmodulation 4 Frequenzspektrum bei Frequenzmodulation 5 Zusammenhang von Frequenzmodulation und Phasenmodulation 6 Modulationsgewinn rauschbegrenzte Empfindlichkeit 7 Anwendung der Frequenzmodulation 7 1 Funktechnik 7 2 Audio Video Technik 7 3 Messtechnik 7 4 Fernsehtechnik 7 5 FM Anlage fur schwerhorige Menschen 7 6 Digitaltechnik 7 7 Drucktechnik 7 8 Elektronische Musik 8 Frequenzmodulationen in der Akustik 8 1 Klangkorper 8 2 Musikinstrumente 8 3 Lautsprecher 9 Kurzbezeichnung von FM Arten 10 Literatur 11 Weblinks 12 EinzelnachweiseAllgemeines BearbeitenModulation Bearbeiten Ein frequenzmoduliertes Signal kann bei hohen Frequenzen mit Hilfe einer Oszillatorschaltung erzeugt werden deren frequenzbestimmender Schwingkreis eine spannungsabhangige Kapazitat typischerweise eine Kapazitatsdiode enthalt an welche das Modulationssignal als Signalspannung gelegt wird Dadurch andern sich die Kapazitat der Diode und damit auch die Resonanzfrequenz des Schwingkreises FM bei tiefen Frequenzen lasst sich einfacher mit spannungsgesteuerten Oszillatoren erzeugen Zur digitalen Erzeugung eines frequenzmodulierten Signals lasst sich vorteilhaft eine Direct Digital Synthesis Schaltung DDS oder die Quadraturamplitudenmodulation IQ Modulation verwenden Demodulation Bearbeiten Vor der Demodulation wird die Amplitude des FM Signals konstant gehalten begrenzt um etwaige Amplitudenanderungen die durch Storungen auf dem Ubertragungsweg entstehen konnen zu beseitigen Dieses ist moglich da in der Amplitude keine Informationen enthalten sind Ublicherweise verwendet man dafur eine Kette von Differenzverstarkern Das empfangene FM Signal wird selten unmittelbar demoduliert sondern zuerst nach dem Superhet Prinzip in eine Zwischenfrequenz versetzt dieser Vorgang wird als Mischung bezeichnet Beispielsweise wird der FM Rundfunk auf der Tragerfrequenz f 100 MHz mit einem Frequenzhub DfT 75 kHz ubertragen Der relative Hub betragt H f T f 75 k H z 100 M H z 0 000 75 displaystyle H frac f mathrm T f frac 75 mathrm kHz 100 mathrm MHz 0 00075 nbsp und erlaubt keine problemlose Demodulation Durch Umsetzung auf die bei UKW Empfangern ubliche Zwischenfrequenz von 10 7 MHz wird H etwa verzehnfacht und die Schaltung vereinfacht Schmalband FM wie Slow Scan Television ist ohne diese vorgehende Frequenzanderung uberhaupt nicht demodulierbar Es gibt verschiedene Arten von FM Demodulatoren Ein Diskriminator wandelt das FM Signal zuerst in eine Amplituden oder Pulsmodulation um In der Anfangszeit benutzte man dazu einfache Flankengleichrichter spater Ratiodetektoren Bei dem Koinzidenzdemodulator wird aus dem frequenzmodulierten Signal ein phasenmoduliertes Signal gebildet das dann demoduliert werden kann Eine weitere Moglichkeit ist der PLL Demodulator Durch Phasenvergleich des modulierten Signals mit dem Signal eines lokalen Oszillators erhalt man eine Spannung entsprechend der Abweichung mit der man den PLL Oszillator nachregelt Die Regelspannung ist zugleich das NF Ausgangssignal PLL Demodulation liefert eine hohe Empfangsqualitat und sicherheit sie war jedoch aufwendig bis zur Verbreitung von speziell dafur entwickelten integrierten Schaltungen Aus der Ausgangsspannung des FM Demodulators gewinnt man haufig gleichzeitig eine Regelspannung mit der man den Oszillator des Empfangers nachfuhrt Automatic Frequency Control kurz AFC um das Signal in der Mitte des Durchlassbereiches der ZF Filter und so die Verzerrung gering zu halten Kenngrossen der Frequenzmodulation BearbeitenMan bezeichnet die durch die Modulation verursachte Anderung der Tragerfrequenz mit DfT auch Frequenzhub oder kurz Hub genannt die Anderung des Phasenwinkels des Tragers mit D f T displaystyle Delta varphi mathrm T nbsp und das Verhaltnis des Frequenzhubs D f T displaystyle Delta f mathrm T nbsp zur Modulationsfrequenz f S displaystyle f mathrm S nbsp als Modulationsindex h h D f T f S displaystyle eta frac Delta f mathrm T f mathrm S nbsp wobei f S displaystyle f mathrm S nbsp die hochste zu ubertragende Nutzsignalfrequenz darstellt Bandbreite des Nutzsignals Fur die Bandbreite des frequenzmodulierten Signals gilt naherungsweise die Carson Formel B 10 2 D f T f S 2 f S h 1 displaystyle B 10 2 cdot Delta f mathrm T f mathrm S 2 cdot f mathrm S cdot eta 1 nbsp bei einem Modulationsindex h grosser 1 Hierbei werden alle Spektrallinien bis auf 10 der Amplitude des Tragers erfasst Es liegen somit 90 der Spektrallinien innerhalb der errechneten Bandbreite Bandbreite mittlerer Ubertragungsgute Berucksichtigt man Spektrallinien bis auf 1 der Trageramplitude so ergibt sich ebenfalls als Carson Formel bezeichnet die Bandbreite fur eine hohe Ubertragungsgute bei der 99 der Spektrallinien in der Bandbreite liegen durch B 1 2 D f T 2 f S 2 f S h 2 displaystyle B 1 2 cdot Delta f mathrm T 2f mathrm S 2 cdot f mathrm S cdot eta 2 nbsp bei einem Modulationsindex h grosser 1 Als konkretes Beispiel fur die dargestellten Kenngrossen sei der frequenzmodulierte UKW Horfunk angegeben Dabei wird bei Monoprogrammen mit einem Frequenzhub DfT 75 kHz und einer Grenzfrequenz des Audiosignals von fS 15 kHz gearbeitet Damit ergibt sich beim UKW Horfunk ein Modulationsindex h 5 und eine benotigte Bandbreite B10 180 kHz im UKW Band Bei UKW Stereo Horfunk inklusive des Datensignals des Radio Data Systems RDS liegt die Basisbandbreite bei fS 60 kHz und die benotigte UKW Bandbreite bei knapp 400 kHz Benachbarte UKW Stereo Sender mussen daher mindestens um 400 kHz versetzt senden um sich nicht gegenseitig zu storen Unter Schmalband FM wird eine Frequenzmodulation verstanden deren Modulationsindex h kleiner als 2 ist daruber wird als Breitband FM bezeichnet 2 Der analoge UKW Horfunk zahlt zu dem Breitband FM Schmalband FM findet unter anderem im Bereich des Amateurfunks wie im 70 cm Band Anwendung Veranschaulichung der Frequenzmodulation Bearbeiten nbsp Abbildung 1 Moduliertes Signal f t Momentanfrequenz f t und Momentanphasenwinkel ϕ t displaystyle phi t nbsp Das obere Diagramm von Abbildung 1 zeigt ein frequenzmoduliertes Signal sowie gestrichelt das Informationssignal Der Trager hat im Beispiel die 15 fache Frequenz des Signals das Signal ist ein einfacher Kosinus Man erkennt dass dort wo der Momentanwert der Spannung des Signals am niedrigsten ist die Frequenz des modulierten Signals gleichfalls am niedrigsten ist Wahrend des Nullpunktdurchlaufs des Informationssignals hat der modulierte Trager dieselbe Frequenz wie der unmodulierte Trager Die Frequenz des Informationssignals ist davon abhangig wie oft es pro Sekunde zu einer Frequenzanderung des Tragers kommt Die Amplitude des Signals ist abhangig davon wie gross die Frequenzanderung Hub ist Je ofter pro Sekunde sich die Frequenz des Tragers andert desto grosser ist die Frequenz des Informationssignals Je grosser der Hub desto grosser ist die Amplitude des Informationssignals Je grosser die Amplitude oder Frequenz des Informationssignals desto grosser ist die benotigte Bandbreite Im mittleren Diagramm von Abbildung 1 ist die Anderung der Frequenz des Tragers in Abhangigkeit von obigem Signal dargestellt gestrichelt der unmodulierte Trager Das untere Diagramm von Abbildung 1 zeigt den Phasenwinkel des Tragers in rad Gestrichelt ist der unmodulierte Trager dargestellt Der Phasenzeiger des Tragers dreht sich fortlaufend deswegen steigt der Graph auch bei unmoduliertem Signal Die durchgezogene Linie stellt den Phasenwinkel des modulierten Signals dar D f T displaystyle Delta varphi mathrm T nbsp ist jedoch nicht proportional zum Momentanwert der Signalspannung D f T displaystyle Delta varphi mathrm T nbsp und D f T displaystyle Delta f mathrm T nbsp sind um 90 verschoben Frequenzspektrum bei Frequenzmodulation Bearbeiten nbsp Besselfunktionen J 0 displaystyle J 0 nbsp J 1 displaystyle J 1 nbsp Bei einem frequenzmodulierten Signal entstehen Seitenschwingungen im Abstand der Signalfrequenz von der Tragerfrequenz Theoretisch entstehen unendlich viele Seitenschwingungen Praktisch werden Seitenschwingungen kleiner 10 der Amplitude des unmodulierten Tragers vernachlassigt daraus ergibt sich die Carson Formel fur die Bandbreite Die Hohe der einzelnen Seitenschwingungen und damit die Leistungsverteilung in Abhangigkeit von D f T displaystyle Delta varphi mathrm T nbsp ermittelt man anhand eines Besselfunktionsdiagramms mit den Modulationsindizes Die Gleichung fur die einzelnen Komponenten der Frequenzmodulation lautet u W M t U T J 0 D f cos w T t Trageranteil J 1 D f sin w T w S t Anteil erste Unterschwingung J 1 D f sin w T w S t Anteil erste Oberschwingung J 2 D f cos w T 2 w S t Anteil zweite Unterschwingung J 2 D f cos w T 2 w S t Anteil zweite Oberschwingung J 3 D f sin w T 3 w S t Anteil dritte Unterschwingung J 3 D f sin w T 3 w S t Anteil dritte Oberschwingung displaystyle begin matrix u mathrm WM t amp hat U mathrm T cdot amp amp J 0 Delta varphi cdot cos omega mathrm T cdot t amp text Trageranteil amp amp J 1 Delta varphi cdot sin omega mathrm T omega mathrm S cdot t amp text Anteil erste Unterschwingung amp amp J 1 Delta varphi cdot sin omega mathrm T omega mathrm S cdot t amp text Anteil erste Oberschwingung amp amp J 2 Delta varphi cdot cos omega mathrm T 2 omega mathrm S cdot t amp text Anteil zweite Unterschwingung amp amp J 2 Delta varphi cdot cos omega mathrm T 2 omega mathrm S cdot t amp text Anteil zweite Oberschwingung amp amp J 3 Delta varphi cdot sin omega mathrm T 3 omega mathrm S cdot t amp text Anteil dritte Unterschwingung amp amp J 3 Delta varphi cdot sin omega mathrm T 3 omega mathrm S cdot t amp text Anteil dritte Oberschwingung amp ldots amp end matrix nbsp Die Faktoren J n D f displaystyle J n Delta varphi nbsp mussen dabei aus dem Bessel Diagramm bei einem gegebenen D f displaystyle Delta varphi nbsp abgelesen werden Bei bestimmten D f displaystyle Delta varphi nbsp konnen der Trager oder Seitenschwingungspaare verschwinden Anhand dessen ist auch zu sehen dass bei D f lt 1 displaystyle Delta varphi lt 1 nbsp das Leistungsverhaltnis zwischen Trager und Seitenschwingungen ungunstig wird Da bei Frequenzmodulation aufgrund D f T D f T f S displaystyle Delta varphi mathrm T tfrac Delta f mathrm T f mathrm S nbsp bei steigender Signalfrequenz D f T displaystyle Delta varphi mathrm T nbsp kleiner wird lassen sich hohe Frequenzen mit Frequenzmodulation im Gegensatz zur Phasenmodulation schlechter ubertragen da die Seitenschwingungsanteile immer kleiner werden Haufig wendet man bei FM deshalb vor der Modulation eine Preemphasis auf das Signal an um die hohen Frequenzen anzuheben was mit einer Deemphasis im Empfanger wieder ruckgangig gemacht wird Zusammenhang von Frequenzmodulation und Phasenmodulation BearbeitenFrequenzmodulation und Phasenmodulation hangen mathematisch eng zusammen Eine Phasenmodulation eines sinusformigen Tragers kann man sehr einfach ausdrucken Zunachst der unmodulierte Trager s t sin w 0 t p 0 displaystyle s t sin omega 0 t p 0 nbsp Der Ausdruck w 0 t p 0 displaystyle omega 0 t p 0 nbsp bezeichnet die momentane Phase w 0 displaystyle omega 0 nbsp ist die Tragerkreisfrequenz p 0 displaystyle p 0 nbsp ist eine Konstante die Phase zum Zeitpunkt t 0 displaystyle t 0 nbsp Wir konnen die momentane Phase als Funktion der Zeit schreiben p t w 0 t p 0 displaystyle p t omega 0 t p 0 nbsp Nun wird die momentane Phase durch Addition eines Modulators verandert dadurch entsteht der Ausdruck fur eine Phasenmodulation s t sin w 0 t p 0 M p m t displaystyle s t sin omega 0 t p 0 M p m t nbsp Dabei bezeichnet M p displaystyle M p nbsp die Modulationsstarke und m t displaystyle m t nbsp die modulierende Funktion oder kurz den Modulator Entsprechend p t w 0 t p 0 M p m t displaystyle p t omega 0 t p 0 M p m t nbsp Man sieht dass eine Phasenmodulation mathematisch sehr einfach auszudrucken ist Eine Frequenzmodulation setzt aber voraus dass sich die Frequenz standig andert Dieses lasst sich nicht mehr durch einen Term der Form w 0 t displaystyle omega 0 t nbsp ausdrucken sondern wir mussen den Begriff der momentanen Kreisfrequenz einfuhren w t d d t p t displaystyle omega t dfrac mathrm d mathrm d t p t nbsp Die momentane Frequenz ist also ganz allgemein die zeitliche Ableitung der Phasenfunktion vgl in diesem Zusammenhang die Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Ort und die Analogie zwischen Phase und Ort bzw Frequenz und Geschwindigkeit Dieses ist der Kern des Zusammenhangs zwischen Frequenz und Phasenmodulation Betrachten wir unter diesem Gesichtspunkt noch einmal die Phase des unmodulierten Tragers p t w 0 t p 0 displaystyle p t omega 0 t p 0 nbsp Die zeitliche Ableitung ist w t d d t w 0 t p 0 w 0 displaystyle omega t frac mathrm d mathrm d t omega 0 t p 0 omega 0 nbsp Der neueingefuhrte Begriff der momentanen Frequenz beinhaltet also auch sinnvoll den Fall konstanter Frequenz Eine Frequenzmodulation fordert nun dass sich die momentane Frequenz nach der folgenden Vorschrift verhalt w t w 0 M f m t displaystyle omega t omega 0 M f m t nbsp Fur die Berechnung der Kurvenform zu jedem Zeitpunkt jedoch benotigen wir nicht die momentane Frequenz sondern die Phasenfunktion Wenn die Frequenz die Ableitung der Phase ist so ist umgekehrt die Phase das Integral der Frequenz p t w t d t displaystyle p t int omega t mathrm d t nbsp im Beispiel p t w 0 M f m t d t w 0 t p 0 M f m t d t displaystyle p t int omega 0 M f m t mathrm d t omega 0 t p 0 M f int m t mathrm d t nbsp Damit erhalt man fur die Frequenzmodulation folgenden Ausdruck s f t sin w 0 t p 0 M f m t d t displaystyle s f t sin left omega 0 t p 0 M f int m t mathrm d t right nbsp Der direkte Vergleich mit dem Ausdruck fur die Phasenmodulation zeigt s p t sin w 0 t p 0 M p m t displaystyle s p t sin left omega 0 t p 0 M p m t right nbsp Die Interpretation dieses Sachverhaltes wird in folgendem Beispiel klar Setze m t sin w m t p m displaystyle m t sin omega m t p m nbsp dann erhalt man fur die Modulationen s f t sin w 0 t p 0 M f w m cos w m t p m displaystyle s f t sin left omega 0 t p 0 frac M f omega m cdot cos omega m t p m right nbsp und s p t sin w 0 t p 0 M p sin w m t p m displaystyle s p t sin left omega 0 t p 0 M p sin omega m t p m right nbsp Der Phasenhub ist also fur die Phasenmodulation immer noch M p displaystyle M p nbsp fur die Frequenzmodulation erhalt man M f w m displaystyle frac M f omega m nbsp Die momentane Frequenz ist fur die Phasenmodulation w 0 M p w m cos w m t p m displaystyle omega 0 M p omega m cos omega m t p m nbsp und fur die Frequenzmodulation w 0 M f sin w m t p m displaystyle omega 0 M f cdot sin left omega m t p m right nbsp In beiden Fallen findet eine Modulation der Phase statt Allerdings wirkt bei der Frequenzmodulation nicht der Modulator direkt auf die Phase ein sondern es ist erst das Integral des Modulators zu rechnen Das Integral hat eine Tiefpasswirkung Der Phasenhub wird also bei der Frequenzmodulation mit zunehmender Frequenz des Modulators geringer Umgekehrt wird der Frequenzhub bei der Phasenmodulation mit niedriger werdender Modulatorfrequenz immer geringer Bei typischen analogen Oszillatoren mit RC oder LC Gliedern treten Differentialgleichungen auf in denen z B Strome integriert werden Folglich kommt es mit einfachsten Mitteln immer zu einer Frequenzmodulation Eine Veranderung der Stellgrosse andert dabei kontrolliert die Frequenz und erst mittelbar die Phase Eine Phasenmodulation ist dagegen analog sehr schwierig da meistens kein direkter Zugriff auf die Phasenfunktion moglich ist Bei digitalen Oszillatoren ist beides in einfacher Weise moglich denn es besteht direkter Zugriff auf den Phasenzeiger Modulationsgewinn rauschbegrenzte Empfindlichkeit BearbeitenGegenuber einer Amplitudendemodulation AM hat ein FM Demodulator einen Modulationsgewinn er bewertet das Rauschen weniger stark als das Nutzsignal Bei zu geringem Trager Rausch Verhaltnis CNR von engl Carrier to Noise Ratio verliert die FM diesen Modulationsgewinn Es treten durch Phasensprunge Fehler bei der Bestimmung der Momentanfrequenz auf die sich in kurzen Nadelimpulsen im Signal aussern Dieser Verlust des Modulationsgewinnes beginnt unterhalb von 12 dB CNR und fuhrt unterhalb 5 5 9 dB CNR FM Schwelle 3 zu einer starken Verschlechterung des Empfanges Die Fischchenbildung beim analogen SAT Empfang ist z B auf dieses Problem zuruckzufuhren Anwendung der Frequenzmodulation BearbeitenFunktechnik Bearbeiten FM ermoglicht eine qualitativ gute storungsarme drahtlose Ubertragung von Horfunkprogrammen Sie wird auch fur den Fernsehton und oft auch beim Sprechfunk genutzt Wahrend bei AM auch durch einen schmalbandigen Filter das Signal nicht ganz vom Rauschen getrennt werden kann ist es beim FM Empfanger trotz des breitbandigen Filters moglich die Qualitat wesentlich zu verbessern der Demodulator Ratiodetektor Koinzidenzdemodulator PLL Demodulator wird kaum durch Amplitudenschwankungen beeinflusst Amplitudenschwankungen werden zusatzlich durch eine Signalbegrenzung Begrenzerverstarker reduziert die Sendeleistung ist konstant hoch Frequenzgangfehler bei der Demodulation ergeben nur geringe nichtlineare Verzerrungen Gleichkanalstorungen also im gleichen Frequenzbereich erzeugen geringere NF Storungen als bei Verwendung von AM Schwunderscheinungen haben kaum Einfluss die Empfangsfeldstarke darf schwankenDurch die erste Anwendung der FM beim UKW Horfunk kam es vor allem im englischsprachigen Bereich zur technisch unkorrekten Gleichsetzung der Begriffe FM und UKW und zur entsprechenden Kennzeichnung auf den Rundfunkgeraten Audio Video Technik Bearbeiten Das Videosignal und der Ton bei Videorekordern ist frequenzmoduliert aufgezeichnet Analoges Satelliten TV wird ebenfalls frequenzmoduliert Messtechnik Bearbeiten Durch periodische Anderung der Frequenz eines Messgenerators Wobbelgenerator innerhalb eines bestimmten Bereiches kann die Durchlasskennlinie einer elektrischen Baugruppe z B Bandpass oder eines ganzen Systems bestimmt werden Dabei wird der Amplitudengang als Funktion der Frequenz aufgetragen Dieser Vorgang wird auch als Wobbeln bezeichnet Fernsehtechnik Bearbeiten Der Tonkanal wird bei analogen Fernsehsendern immer auf einem eigenen Trager frequenzmoduliert ubertragen Die Tragerfrequenz liegt 5 5 MHz CCIR bzw 6 5 MHz OIRT neben der Bildtragerfrequenz Im Empfanger wird die Differenzfrequenz durch Mischung von Bild und Tontragerfrequenz gewonnen und nach Filterung wie beim UKW Empfang demoduliert Die Fernsehnorm SECAM verwendet FM zur Ubertragung der Farbinformation FM Anlage fur schwerhorige Menschen Bearbeiten Zur Tonubertragung von Rundfunk und Fernsehton sowie in Schulklassen und Konferenzraumen werden spezielle FM Tonubertragungsanlagen fur schwerhorige Menschen verwendet Digitaltechnik Bearbeiten Durch Frequenzumtastung und ahnliche Verfahren konnen binare Informationen kodiert und uber grossere Strecken zum Beispiel uber Telefonleitungen ubertragen werden Drucktechnik Bearbeiten Frequenzmodulierte Rasterung Rasterverfahren das mit sehr kleinen Bildpunkten gleicher Grosse arbeitet Die Bildwiedergabe wird durch unterschiedlich dichte Streuung der Punkte erreicht Lichte Bildstellen haben wenig Bildpunkte tiefe Bildstellen mehr Im Gegensatz dazu steuert das klassische amplitudenmodulierte Raster die Bildwiedergabe durch Variation der Punktgrossen und Rasterwinkel FM Raster ermoglichen eine fotorealistische Halbtonwiedergabe und eine detailreichere Wiedergabe selbst auf Druckern mit geringer Auflosung Moire Effekte werden vermieden Auch die Auflosung der Vorlagen kann bei vergleichbarer Ausdruckqualitat niedriger sein als bei amplitudenmodulierten Rastern Ein unruhiges Bild kann in glatten Flachen homogenen Rasterflachen oder Verlaufen entstehen Elektronische Musik Bearbeiten Hauptartikel FM SyntheseFrequenzmodulation FM ermoglichte schon bei den fruhesten analogen Modular Synthesizern um 1960 die Erzeugung recht komplexer Klange Beim Umstellen auf Digitaltechnik erkannte man dass es viel gunstiger ist Phasenmodulation PM zu verwenden Das fuhrt zu einem erheblichen klanglichen Unterschied ein Grund dafur wurde oben schon genannt es ist der mit steigender Modulatorfrequenz bei FM schwindende Phasenhub der dagegen bei PM konstant bleibt Bei PM bleibt also die Starke der Partialtone auch bei Anderung der Modulatorfrequenz konstant das vereinfacht die Handhabung Die bei FM schwer zu kontrollierenden Frequenzabweichungen treten bei PM nicht auf da kein direkter Zugriff auf die Frequenz erfolgt Das macht die Programmierung von Klangen mittels PM verglichen mit FM fur den Musiker wesentlich einfacher Allerdings wird ein mittels PM erzeugtes Vibrato mit sinkender Frequenz schwacher Nur aus historischen Grunden wurde die Bezeichnung FM weiterhin verwendet z B bei den Geraten der Firma Yamaha DX7 usw Frequenzmodulationen in der Akustik BearbeitenFrequenzmodulation bestimmt oft den Charakter von Klangkorpern und Musikinstrumenten Bei Lautsprechern ist sie dagegen unerwunscht Klangkorper Bearbeiten Klangkorper die eine ausgedehnte Flache haben z B Glocken Gongs Rohren Platten Bleche fuhren oft frequenzmodulierte Eigenschwingungen aus Ein Metallblech hat eine gewisse Steifheit die es dem Versuch es zu verbiegen entgegensetzt Durch Wellenform kann diese Steifheit in einer Richtung vergrossert werden Wellblech Breitet sich eine Biegewelle uber ein ebenes Blech aus entstehen und verschwinden solche Wellen Strukturen periodisch Eine senkrecht dazu verlaufende hoherfrequente Welle einer weiteren Eigenschwingung findet nun genau in diesem Rhythmus ein steiferes oder weicheres Medium vor die Frequenz dieser Eigenschwingung wird somit aufgrund der daraus resultierenden unterschiedlichen Fortpflanzungsgeschwindigkeit im Rhythmus der Biegewelle moduliert Ein Beispiel an welchem sich dies sowohl statisch als auch dynamisch demonstrieren lasst ist ein von Hand variabel verbogenes Band aus Federstahl z B ein grosses Sageblatt welches dabei angeschlagen wird Musikinstrumente Bearbeiten Saiten von Saiteninstrumenten werden frequenzmoduliert indem man ihre Lange oder ihre Spannung andert Ersteres wird beim Vibrato und dem Glissando bei Streichinstrumenten und auch der Sitar angewendet letzteres ebenfalls bei der Sitar besonders aber bei Gitarren Die Saitenspannung wird verandert indem sie auf dem Griffbrett zur Seite gezogen werden oder indem bei elektrischen Gitarren der Saitenhalter bewegt wird siehe hierzu Tremolo Gitarre Saiten besitzen daruber hinaus eine amplitudenabhangige Eigenfrequenz die besonders bei darmbespannten Violinen und Saiteninstrumenten mit geringer Saitenspannung bzw grosser Schwingungsamplitude klanglich zum Tragen kommt Unter anderem bei Floten ist die Tonfrequenz vom Anblasdruck abhangig dadurch kann ebenfalls eine Frequenzmodulation erzeugt werden welche allerdings zusatzlich eine Amplitudenmodulation Tremolo aufweist Lautsprecher Bearbeiten Frequenzmodulation kommt bei Lautsprechern vor die zugleich hohe Frequenzen und tiefe Frequenzen mit hoher Amplitude wiedergeben eine Frequenzmodulation der hohen Frequenzen entsteht hierbei durch die sich im Rhythmus der tiefen Frequenz auf den Horer zu und wegbewegende Membran Dopplereffekt Der Effekt ist unerwunscht und kann durch Zwei oder Mehrwegeboxen oder durch einen Lautsprecher mit grossem Membrandurchmesser 4 vermieden werden Kurzbezeichnung von FM Arten BearbeitenF1 Frequenzmodulation ein einziger Kanal der quantisierte oder digitale Information enthalt ohne Verwendung eines modulierenden Hilfstragers F2 Frequenzmodulation ein einziger Kanal der quantisierte oder digitale Information enthalt unter Verwendung eines modulierenden Hilfstragers F3 Frequenzmodulation ein einziger Kanal der analoge Information enthaltLiteratur BearbeitenJurgen Detlefsen Uwe Siart Grundlagen der Hochfrequenztechnik 2 Auflage Oldenbourg Verlag Munchen Wien 2006 ISBN 3 486 57866 9 Gregor Haberle Heinz Haberle Thomas Kleiber Fachkunde Radio Fernseh und Funkelektronik 3 Auflage Verlag Europa Lehrmittel Haan Gruiten 1996 ISBN 3 8085 3263 7 Curt Rint Handbuch fur Hochfrequenz und Elektro Techniker Band 2 13 Auflage Huthig und Pflaum Verlag GmbH Heidelberg 1981 ISBN 3 7785 0699 4Weblinks Bearbeiten nbsp Wiktionary Frequenzmodulation Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen Modulationsverfahren zur Sprachubertragung PDF 186 kB Modulationsverfahren PDF 328 kB Frequenzmodulation PDF 827 kB Modulation und Rauschen PDF 642 kB FM Demodulation PDF 708 kB Digitale und Analoge Modulationsverfahren PDF 282 kB Einzelnachweise Bearbeiten John R Carson Notes on the Theory of Modulation In Proceedings of the IRE Band 10 Nr 1 1922 S 57 64 Wiederabdruck John R Carson Notes on the theory of modulation In Proceedings of the IEEE Band 51 Nr 6 1963 S 893 896 Stefan Steger DL7MAJ Die Modulationsarten Theorie und praktische Anwendungen Vortrag zur VHF UHF 2002 in Munchen Abgerufen am 1 Marz 2015 Alexander Braun Markus Hofbauer Semesterarbeit uber digitales Satellitenfernsehen Zurich 1997 HTML Semesterarbeit am IKT der ETH Zurich Dopplereffekt bei Lautsprechern Abgerufen am 25 September 2018 englisch V DTechnische ModulationsverfahrenUbersicht Modulator Analoge Modulationsverfahren AM FM PM VM SSB SSBSC DSBSC Digitale Modulationsverfahren ASK FSK GFSK PSK QPSK QAM APSK OFDM DMT TCM VSB Pulsmodulationsverfahren PDM PAM PFM PPM 1 PPM 2 PCM Frequenzspreizende Modulationsverfahren FHSS DSSS THSS CSS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Frequenzmodulation amp oldid 233268391