電話線は一度に複数の周波数を持つことができますか？

電話線に複数の周波数を設定するにはどうすればよいですか？
NetworksのDSLとDial Upに関する教科書には、次のように書かれています。

家庭用電話回線は、データと従来の電話信号の両方を同時に伝送し、異なる周波数でエンコードされます。

•50 kHz〜1 MHz帯域の高速ダウンストリームチャネル

•4 kHz〜50 kHz帯域の中速アップストリームチャネル

•0〜4 kHz帯域の通常の双方向電話チャネル

私の物理学の基本的な知識から、ワイヤの周波数は極性を反転させる速度です。それでは、1本のワイヤがある場合、電子が同時に 4,000回/秒（電話で話す場合）と50,000回/秒（DSLを使用する場合）の極性を同時に変化させることができますか？

あなたの質問の根底にある仮定-測定されている周波数は電子が極性を反転する速度である-は間違っています。送信機、受信機、またはその間の任意の場所での信号の周波数は、電圧の周期的な到達に物理的に対応します。

たとえば、振幅変調を使用するデジタルアプリケーション（簡単にするためにオン/オフキーイングを想定しましょう）では、単位時間あたりに検出する「オン」パルスの数で周波数を測定できます。RF通信では、これはロジック高電圧に対応する場合があり、光通信では、多数の光子の到着に対応する場合があります。理想的なケースでは、論理ローまたはオフ状態は電圧ゼロまたは光子の到着に対応しますが、暗電流と変調器の不完全性がそのようなケースになることはめったにありません。

実装に関しては、2つの完全な送信機チェーンを使用して2つの異なる搬送周波数でデータをエンコードすることにより、単一の媒体（銅線）で2つの個別のRF周波数を送信するための簡単でシンプルな実装です。 RFコンバイナを使用して、トランスミッタからの2つの出力を単一の銅線に接続します。受信機はさまざまな方法で実装できますが、簡単な方法は、RF電力分割器を使用して信号の2つのコピーを作成し、一方にハイパスフィルターを使用し、他方にローパスフィルターを使用することです。その後、通常の受信機チェーンを続行できます。

他の人が言ったように、複数の周波数がワイヤ上に同時に存在する可能性があります。ただし、複数の周波数が瞬間的に存在することは、複数の電圧を示すものではありません。ワイヤ上の任意のポイントに必然的に単一の電圧が存在します（電圧がそのポイントと共通基準（通常はグランド）の間で定義されている限り）。ただし、一定の間隔でサンプリングすることにより、一定の期間にわたって信号を構築できます。ただし、複数の周波数が存在する場合、重ね合わせの原理により、その信号は通常の正弦波のようには見えません。2つの搬送周波数（5 kHzと5 MHzなど）を選択し、両方にデータを変調し、結果の変調信号を合計すると、時間領域で非常に特異な信号が表示される場合があります。

「1本のワイヤ」では、そのワイヤ上の特定のポイントで、どの時点でも1つの電圧しか存在できません。したがって、2つの正弦波を追加すると、合計はもはや正弦波ではなく何かになります。電子も同じ複雑な方法で移動します。アニメーション ソースを観察します。

周波数を追加すると、信号はより複雑になります。ADSL / VDSLの場合など、特定の数の周波数から、結合された信号はスペクトルアナライザーまたはオシロスコープ上でノイズとして表示され、人間の脳には理解できなくなります。

音楽を構成する多数の周波数をラウドスピーカーに正常に送信し、ほとんどエラーなく再生するにはどうすればよいでしょうか？

スピーカーはワイヤーで接続され、マイクも接続されます-原理的にまったく違いはありません。電話線ははるかに高い周波数を運ぶことがありますが、原理は同じです。

単一の周波数を伝送する媒体は、通常、多数の周波数を伝送できます。例えば、空気-あなたはあなたの隣人と話すことができ、あなたが作り出すスピーチパターンは多数の絶えず変化する周波数です。

無線送信機はすべて同じ媒体を共有し、98.4MHzでの送信と99MHzでの送信を区別するのに問題はありません。

重ね合わせと線形システムを調べる必要があります。ワイヤ上の複数の周波数の一例として、方形波には多くの高調波があります。

あなたの質問には、他の回答で指摘されたものよりもさらに根本的な問題があります。

「同時に」は時間領域の概念です。周波数は周波数領域の概念です。
これらはお互いのフーリエ変換であるため、直交概念ではなく「デュアル」概念です。

2つの周波数を持つ信号を作成することは確かに可能です。異なる周波数の2つの余弦を加算するだけです。「同時に」信号には2つの周波数があります。

しかし、「同時に」信号が2つの周波数を持っていると言うことは意味がありません。「同時に」とは、ある特定の瞬間を指すからです。
（これは、時間周波数の不確実性の原理であり、ハイゼンベルクの不確実性の原理を思い出させるはずです。

すべての可能な周波数を調べ始めると、時間の概念は無意味になります。

たった1つの電話での会話の中には、多くの周波数があります（これは、声の高さによって変わります）。異なる周波数の波を重ね合わせて、結果の波形を作成します。これがうまくいかなかった場合、聞こえる唯一の音は、さまざまなピッチの正弦波です。

空気が複数の音を運ぶことができるように、ワイヤーは複数の電気信号を運ぶことができます。

あなたが静かな部屋にいて、バイオリンがノートを演奏し始めると想像してください。空気中の振動を通して聞こえる単一の周波数。

その後、チェロが加わります。これで、2つの周波数が1つの媒体を介して鼓膜に到達します。それらは異なっており、トレーニングによってそれぞれのノートが演奏されていることがわかります。

それは、空気分子ではなく電子でのみワイヤでまったく同じように機能します。

ソースからの変調と送信の後、ワイヤ上の最終信号は単一の信号です。ケーブルテレビプロバイダーのケーブルをテレビに直接接続し、どのチャンネルでも視聴できるケーブル時代以前の時代に戻ってみてください。

また、その時点で2台のテレビがあった場合、同じワイヤー上に存在していた2つの異なるチャンネルを同時に見ることができます。チャンネルを見るためにケーブル会社からの箱を必要としなかった昔について話していることに注意してください。

ワイヤー上の単一の信号に戻ります。常に単一の信号です。魔法は受信側で発生します。同じ単一の信号を異なる受信機に送ることができます。正常かつ明確な受信と処理を行うには、選択した周波数に調整する回路が必要になります。これらはバンドパスフィルターと呼ばれます。これらの回路は単一の複素信号を処理しますが、入力信号の特定のタイミング特性にのみ応答します。このタイミングを確認できないものはすべてドロップされます（適切な用語は減衰されます）。タイミングに対応する信号の部分は、信号強度を維持できます。この回路の出力は、デバイスが処理する信号になります。

同じ単一の信号を、別の周波数にチューニングされた別のデバイスに送ることができます。その出力は、チューニングされた2番目の周波数になります。

最初の出力にも2番目の出力にも、他の信号は含まれていません。これらの出力を別のデバイスに送り、別の周波数にチューニングしようとしても、何も得られません。

詳細な説明については、グーグルとLC（RCも）回路がどのように機能するかを理解する必要があります。LCコンポーネントの充電と放電の組み合わせ特性により、チューニング周波数が決まります。

バンドストップフィルターと呼ばれるチューニングの他の方法もあります。

ここで、トランスミッタがどのようにして多くの信号を1本のワイヤに結合できるかは、まったく別のフィールドです。