modulazióne
Indice
Lessico
sf. [sec. XIV; dal latino modulatĭo-ōnis].
1) Passaggio regolato di voce, di suono, di segnale da una tonalità a un'altra.
2) Variazione del valore o dell'intensità di una grandezza fisica. In particolare, nella tecnica fotocinematografica, per la modulazione della luce, nella registrazione di colonne sonore.
3) In embriologia, ogni alterazione reversibile cui possono andare soggette le cellule in certe condizioni.
Musica
Il concetto di modulazione è inscindibilmente legato, nella sua accezione più rigorosa, a quello di sistema tonale; interessa pertanto la musica d'arte europea a iniziare dal sec. XVII sino alla dissoluzione della tonalità. Nel contesto della musica tonale, impiantata in una determinata tonalità base, la modulazione avviene mutando le funzioni tonali caratteristiche di un brano (tonica, dominante, ecc.) in quelle di tonalità affini (modulazione ai cosiddetti toni vicini, cioè caratterizzati da una sola nota alterata rispetto alla tonalità di base) o affatto differenti (modulazione ai cosiddetti toni lontani, con più note alterate rispetto alla tonalità base). La modulazione costituisce uno dei fondamentali elementi del linguaggio musicale dal periodo barocco sino al tardo romanticismo. In particolare è legato alla modulazione il senso di sviluppo formale di alcune basilari strutture compositive, quali la fuga e la sonata, le cui articolazioni fondamentali procedono parallelamente ai procedimenti modulanti.
Telecomunicazioni
"Per gli schemi relativi alla modulazione vedi il lemma del 13° volume." La modulazione è un'operazione consistente nel variare una delle grandezze caratteristiche (ampiezza, frequenza o fase) di un segnale periodico, detto pertanto modulato, con legge temporale che dipende dalle variazioni di un altro segnale, detto modulante "Gli schemi relativi alla modulazione sono a pag. 72 del 15° volume." . Per la trasmissione di informazioni mediante segnali è necessario variare opportunamente una grandezza che viene utilizzata quale vettore per la trasmissione (per esempio la pressione dell'aria nell'invio di un suono, l'intensità di un segnale luminoso, l'intensità di un'onda radio, ecc.). La grandezza impiegata per la trasmissione viene comunemente detta portante. Il procedimento inverso che permette, nel luogo di ricezione, di ricavare dalla portante l'informazione traslata è chiamato demodulazione o rivelazione. Per una corretta trasmissione occorre che vi sia una corrispondenza univoca tra le informazioni inviate e quelle ricevute. A causa delle imperfezioni dei mezzi di trasmissione e anche dell'influenza di segnali interferenti, si ha però generalmente, nel corso del procedimento di modulazione, traslazione e demodulazione, una perdita di informazione, che può essere ridotta al minimo con un'appropriata scelta del sistema di modulazione. Se la portante viene trasmessa con continuità la modulazione è detta continua. La modulazione continua è particolarmente adatta alla traslazione contemporanea di più canali di informazione in multiplex per divisione di frequenza: in tal caso diversi segnali modulano portanti di frequenze differenti dalle quali vengono poi separati nella stazione ricevente. Se si utilizzano invece sistemi con modulazione discontinua la portante viene inviata solo a intervalli di tempo con emissione di impulsi: si ha cioè una modulazione a impulsi, particolarmente utilizzata per la trasmissione multicanale con multiplex a divisione di tempo. Ogni sistema di modulazione, con portante sia continua sia discontinua, è caratterizzato essenzialmente da due parametri: la larghezza di banda necessaria alla trasmissione e il rapporto tra segnale e disturbo. In base a un accurato compromesso tra i mezzi di trasmissione (e il costo relativo), la larghezza di banda disponibile e la perdita di trasmissione accettabile, si effettua la scelta della modulazione più conveniente in relazione al tipo e alla quantità di informazioni da trasmettere. Il più antico sistema di modulazione discontinua è quello telegrafico; con questo la portante costituita da una corrente continua, trasmessa a distanza tramite conduttori isolati, veniva interrotta in modo da generare degli impulsi secondo un codice. Il primo sistema di modulazione continua è stato invece utilizzato per le trasmissioni telefoniche per le quali si sono utilizzate le variazioni di ampiezza di un segnale elettrico trasmesso esso pure via filo. Generalmente per le emissioni di telediffusione si utilizza come portante una tensione alternata variabile con legge sinusoidale del tipo a(t)=Asin(2πf0t+φ), dove A è l'ampiezza, f0 la frequenza, φ la fase dell'onda. La modulazione si ottiene variando opportunamente uno di tali parametri. Se la portante di frequenza f0 viene modulata in ampiezza da un segnale di informazione di frequenza f, si genera uno spettro di tre frequenze composto dalla f0 e da due “bande laterali” di frequenza f0+f (banda superiore) e f0–f (banda inferiore), ciascuna delle quali può consentire il trasferimento dell'informazione. Per realizzare questa modulazione di ampiezza a doppia banda laterale si utilizzano vari sistemi. Tra i più diffusi quelli che impiegano tubi elettronici di potenza, e vengono detti modulazione di soppressore, di griglia, di griglia-schermo o di placca in relazione all'elettrodo del tubo a cui viene applicato il segnale modulante; la portante viene applicata alla griglia di comando del tubo elettronico di potenza. L'emissione del tubo varia così in funzione del segnale modulante. Si ha modulazione d'angolo quando viene variato l'argomento della funzione sinusoidale, cioè l'angolo 2πf0t+φ. In particolare, se per ottenere tale variazione si agisce sul valore della fase φ si ha modulazione di fase, se si agisce sulla frequenza f0 si ha modulazione di frequenza. La modulazione di frequenza genera uno spettro di frequenze sensibilmente più vasto della modulazione di ampiezza e consente di ottenere una qualità di riproduzione decisamente superiore poiché, essendo i disturbi radio essenzialmente modulati in ampiezza, è possibile eliminarli quasi totalmente all'atto della rivelazione; è possibile inoltre utilizzare accorgimenti tecnici (enfasi e deenfasi) che permettono di migliorare il rapporto segnale-disturbo; per di più la disponibilità di banda di lavoro utilizzabile modulando in frequenza sulla banda delle onde ultracorte (VHF) permette di trasmettere le informazioni relative all'intera banda acustica (30÷15.000 Hz) contro quella sensibilmente inferiore (30÷5000 Hz) tipica delle emissioni a modulazione di ampiezza sulle bande delle onde medie e corte (MF e HF). Il crescente numero di emissioni in fonia, specie nel campo delle onde corte, ha inoltre portato all'adozione di speciali sistemi di trasmissione a modulazione di ampiezza, ma con eliminazione della portante e di una banda laterale detti SSB o SSBSC (dall'inglese Single Side Band Suppressed Carrier, banda laterale unica, BLU, a portante soppressa). Poiché l'intero contenuto di informazioni è presente in ogni banda laterale, una sola di queste è infatti sufficiente ai fini della trasmissione dei messaggi. La banda di lavoro resta così dimezzata e viene contenuta in pratica, per la voce, nell'intervallo dai 300 ai 3000 Hz in cui è compresa una percentuale di informazioni sufficienti a garantire una buona intelligibilità dei messaggi fonici parlati. A parità di banda di trasmissione, la modulazione in SSB permette un numero di canali di lavoro quasi triplo rispetto a quanto è possibile con la modulazione di ampiezza convenzionale e per di più assicura un'efficace difesa dalle interferenze e un migliore rapporto segnale-disturbo dato che tutta la potenza di emissione viene utilizzata unicamente per una sola delle “bande laterali” con segnale conseguentemente più elevato all'atto della ricezione. Sia la portante sia una delle bande laterali vengono eliminate con l'adozione di speciali filtri. In alcuni casi, quando questi mezzi professionali di lavoro non siano disponibili, si ricorre a emissioni con banda laterale e portante solo parzialmente soppresse, metodo questo che permette d'altra parte la ricezione di tali emissioni con qualche accorgimento tecnico anche dai normali ricevitori a modulazione di ampiezza. Il parametro di modulazione (ampiezza o frequenza) può venire alterato dall'apparato modulante in misura maggiore o minore secondo un certo grado, o profondità, o indice di modulazione: in modulazione di ampiezza esso viene espresso in percentuale ed è dato dal rapporto tra le ampiezze del segnale modulante e del segnale portante e raggiunge un valore massimo del 100%. In modulazione di frequenza si parla invece di deviazione Δf di frequenza istantanea, data dal massimo scostamento di frequenza dal valore f0 della frequenza della portante. Dal valore Δf dipende lo spettro di frequenze prodotte e quindi l'effettiva larghezza di banda. L'evoluzione della tecnica elettronica ha portato all'adozione di sistemi di modulazione discontinua a impulsi; essa viene particolarmente utilizzata per la traslazione di informazioni (specie per la telefonia e la trasmissione dati) su cavi coassiali che permettono una notevole larghezza di banda di lavoro (anche di varie decine di MHz) e conseguentemente la trasmissione contemporanea di un gran numero di canali. La modulazione discontinua a impulsi si basa sul fatto che, per la corretta riproduzione di un segnale, è sufficiente che ne vengano trasmesse delle campionature di livello con una frequenza più alta di quella massima trasmessa nella banda di informazione da traslare. In pratica è possibile inviare, in successione ciclica, delle serie di impulsi, relativi ciascuno a ogni canale di informazione secondo il principio del multiplex a divisione di tempo. La modulazione a impulsi viene essenzialmente realizzata: con impulsi di ampiezza corrispondente alle campionature di analisi secondo la tecnica PAM (Pulse Amplitude Modulation) che viene adottata generalmente per le centrali telefoniche a commutazione elettronica all'interno delle quali si realizza con facilità una buona difesa dai disturbi; con impulsi di ampiezza e frequenza costanti ma di durata corrispondente al livello campionato del segnale di informazione secondo la tecnica PTM (Pulse Time Modulation) che offre una certa difesa dai disturbi, ancora superiore a quelli fin qui esaminati; con impulsi di ampiezza e larghezza costanti ma con “posizione” nel periodo corrispondente al livello campionato del segnale destinato a traslare l'informazione secondo la tecnica PPM (Pulse Position Modulation); con impulsi codificati in funzione del livello del segnale di campionatura secondo la tecnica PCM (Pulse Code Modulation) che, anche se di tecnica notevolmente più sofisticata dei precedenti, permette un'ottima difesa dai disturbi e per tale motivo viene ormai largamente impiegato specie per le tratte di interconnessione telefoniche urbane o semiurbane dove più elevato è il livello dei disturbi industriali e minori sono le distanze da servire con un notevole numero di canali. Sul sistema PCM si sono concentrati gli sforzi della ricerca tecnico-scientifica in molti Paesi europei e negli USA. Questo indirizzo è giustificato dal fatto che le trasmissioni in PCM si interfacciano molto bene con i nuovi sistemi di commutazione elettronica a divisione di tempo e consentono delle telecomunicazioni integrate, con trasmissione contemporanea di segnali relativi al servizio telefonico e ad altri servizi (telex, facsimile, dati, ecc.). Nel caso di segnali digitali sono stati introdotti vari tipi di modulazioni che permettono di trasmettere su portanti analogiche tali segnali minimizzando la probabilità di errore sul segnale ricevuto.