Введение. Звуковой сигнал, назначение. Электроакустические преобразователи. Принципы передачи телефонной речи 1.1. Принципы передачи телефонной речи Одним из наиболее распространенных видов электрической связи является телефонная связь, которая с помощью электрической энергии позволяет осуществлять передачу речи на большие расстояния. Речь человека представляет собой совокупность звуковых колебаний. При телефонной передаче звуковые колебания, возбуждаемые источником звуко-говорящим абонентом, через акустическую среду, воздействуют на акустико-электрический преобразователь АЭП (микрофон) телефонного аппарата ТА, который преобразует их в соответствующие колебания электрического тока (рис.1.1). Рис.1.1. Тракт телефонной передачи Энергия этих колебаний через телефонный аппарат ТА и соединительный тракт направляется в пункт приема на электро-акустический преобразователь ЭАП (телефон, громкоговоритель) ТА. В ЭАП электрическая энергия преобразуется в звуковую и через акустическую среду воспринимается приемником звука - ухом слушающего абонента. Для двусторонней телефонной передачи АЭП и ЭАП должны устанавливаться в ТА обоих абонентов. Телефонные аппараты обычно соединяются через коммутационный узел (КУ), к которому они подключаются с помощью линий, называемых абонентскими линиями (АЛ) (рис.1.2) . Рис.1.2. Схема организации телефонной передачи Коммутационные узлы, в которые включаются абонентские линии, называются телефонными станциями (ТС). На территории одного города может быть установлено несколько телефонных станций. В каждую телефонную станцию включаются абонентские линии, расположенные в районе действия соответствующей станции. Телефонные аппараты, включенные в разные станции, соединяются через две и более станции, связанные между собой соединительными линиями (СЛ). В отличие от абонентских линий, являющихся индивидуальными линиями, закрепленными за телефонными аппаратами. Соединительные линии являются линиями общего пользования и участвуют в соединениях телефонных аппаратов разных телефонных станций. Совокупность линейных и станционных технических средств, предназначенных для установления соединения между телефонными аппаратами, называется соединительным трактом (рис.1.3). Рис.1.3. Соединительный тракт Соединительный тракт образуется только на время передачи информации, исключением являются те редкие случаи, когда имеется постоянное, непосредственное соединение телефонных аппаратов друг с другом. Поэтому для управления процессом образования соединительного тракта телефонные аппараты, кроме АЭП и ЭАП, содержат приборы ввода адресной информации, посылки и приема сигналов вызова и окончания передачи. Совокупность устройств, входящих в систему электрической передачи речи от рта говорящего до уха слушающего абонента, называется трактом передачи телефонной информации или просто телефонным трактом (рис.1.1). Таким образом, тракт телефонной передачи содержит два акустических участка, два телефонных аппарата с преобразователями АЭП и ЭАП, соединительный тракт заключенный между источником и приемником звука. В воздушных пространствах между преобразователями и органами речи и слуха человека образуется звуковое поле. Поэтому необходимо рассмотреть основное свойство звуков речи и слуха человека. 1.2. Характеристика речевого сигнала и слухового восприятия Звуки речи образуются в речевом аппарате человека: основными составляющими при этом являются легкие с их мускульным аппаратом, голосовые связки и воздушные полости глотки, рта и носа. При рождении звука голосовые связки, представляющие собой два упругих мускульных валика с окончаниями нервных волокон, приходят в состояние автоколебаний. Поток воздуха из легких прерывается. Возникает первичный звук, имеющий характер П-образных импульсов, частота следования которых определяется типом голоса: бас - 80320 Гц, баритон -100400 Гц, сопрано - 2501200 Гц и т.д. (рис.1.4). Рис.1.4. Временная характеристика первичного звука Такой первичный звук (основной тон) имеет непрерывный (сплошной) спектр частот с убывающими амплитудами в диапазоне, примерно от 80 до 12 000 Гц (рис.1.5). Частотный спектр получающегося при этом звукового давления содержит большое число гармонических составляющих, амплитуда которых уменьшается с ростом частоты. Высота основного тона (f0) характеризует тон голоса говорящего. При этом 65% мощности приходится на звуковые колебания с частотами до 500 Гц. Воздушная струя проходит через систему резонаторов, которые образуются воздушными объемами полостей рта и носоглотки, видоизменяющихся в процессе произнесения различных звуков положением языка, зубов и губ. Рис.1.5. Амплитудно-частотный спектр импульсов звукового давления Наличие этой системы резонаторов обусловливает изменение гармонических составляющих: амплитуды одних усиливаются, других ослабляются. Характерные для разных звуков речи усиленные области частот называются формантными областями или просто формантами (рис.1.6). Форманта характеризуется либо занимаемой его частотной полосой, либо средней частотой, соответствующей максимуму амплитуды звукового давления в формантной полосе, и средним уровнем энергии в этой полосе. Звуки речи различаются друг от друга по числу формант и их расположению в частотном спектре. Разборчивость передаваемой речи зависит от того, какая часть формант дошла до уха слушающего без искажений, и какая – исказилась. Менее мощные составляющие, лежащие между формантами, определяют индивидуальные особенности голосового аппарата человека с основным тоном, позволяют узнавать говорящего по голосу. Отдельным звукам речи могут соответствовать до шести формант, из которых только одна или две являются определяющими – основными. Большая часть формант находится в диапазоне от 300 до 3400 Гц, поэтому этот диапазон частот рекомендован ITU-T для передачи по телефонному тракту. Рис.1.6. Амплитудно-частотный спектр сформированного звука Звуковые колебания речи обладают весьма незначительной мощностью, которая при нормальной громкости разговора с учетом пауз в среднем равна 10 мкВт (без учета пауз 15 мкВт). Эта мощность соответствует звуковому давлению примерно 0,5 Па ( ) на расстоянии около 5 см от рта говорящего. Средняя мощность наиболее слабых звуков речи (при шепоте) – 0,01 мкВт, а при крике - 10005000 мкВт. Величина, характеризующая пределы изменения мощности речевого сигнала в логарифмическом масштабе, называется динамическим диапазоном речи, определяется она в децебеллах: где Imax, Imin,(Pmax, Pmin) – максимальное и минимальное значение интенсивности звука (звукового давления) соответственно. Интенсивность звука – количество энергии звуковых колебаний, проходящих через единицу поверхности, расположенную перпендикулярно к направлению ее распространения за единицу времени. Измеряется в Вт/м2. интенсивность звука I и звуковое давление P связаны соотношением , где k – коэффициент, зависящий от величины атмосферного давления и температуры воздуха. Для неискаженной передачи звуков возможной различной интенсивности необходимо обеспечить динамический диапазон речи: При передаче речи без выкриков достаточен диапазон 3040 дБ, поэтому такой динамический диапазон рекомендован для передачи по телефонным трактам. Воздействие упругих колебаний акустической среды на барабанную перепонку органа слуха воспринимается как звук. Человек может слышать звуки с частотами от 20 до 2000 Гц, однако чувствительность уха к звукам разных частот неодинакова. Наиболее восприимчиво ухо к звуковым сигналам с частотами в пределах 10004000 Гц. Характерно, что звуковые колебания небольшой интенсивности не воспринимаются ухом как звук. Минимальные значения интенсивности колебаний, воспринимаемых ухом как звук, называются порогом слышимости (рис.1.7). Величина интенсивности колебаний, при которой в ухе возникают болевые ощущения, называется порогом болевого ощущения. Орган слуха согласно психофизиологическому закону обладает логарифмической чувствительностью. Поэтому интенсивность звука I (звуковое давление P) определяют не в абсолютных, а в логарифмических единицах – децибелах (дБ), называемых уровнями интенсивности (давления) звука В. , где I и P – интенсивность звука м звуковое давление в Вт/м2 и Па; I0 =10-12 Вт/м2 и P0 =2*10-5 Па - интенсивность и звуковое давление нулевого уровня, соответственно. Величины I0 и P0 приняты за начало отсчета, поскольку они соответствуют порогу слышимости в области частот 1000 Гц. Кривая, соединяющая точки, соответствующие порогу слышимости (болевого ощущения) каждой из частот, называется кривой порога слышимости (болевого ощущений), указанными кривыми, как по частоте, так и по интенсивности ограничена область слухового ощущения (рис.1.7). Между пороговыми кривыми находится множество кривых слухового восприятия равной громкости. Каждая из этих кривых является геометрическим местом точек. Соответствующих тонам разных частот и имеющих равную громкость. Рис.1.7.Область слухового восприятия и кривые равной громкости Кривые слухового восприятия или кривые равной громкости говорят о широких возможностях и об исключительном совершенстве уха как индикатора звуковых колебаний. Например, при частоте 1000 Гц человеческое ухо способно воспринимать звуковые колебания интенсивностью от 1 до Вт/м2, т.е. интенсивность слышимого на этой частоте звука лежит в пределах, относящихся друг к другу как 10-12. Это отношение называется динамическим диапазоном слуха и выражается в децибелах. . Уровень ощущения является разностью уровня интенсивности звука определенной частоты и уровня интенсивности звука той же частоты на пороге слышимости и определяется: , , где I п.с. – интенсивность звука с частотой f на пороге слышимости; 0 – уровень интенсивности звука на пороге слышимости. Мерой громкости звука, является уровень громкости. Звуковые колебания с разными частотами и одинаковыми интенсивностями воспринимаются с разной громкостью. Колебания с разными частотами и интенсивностями могут восприниматься с одинаковой громкостью, если точки, соответствующие этим интенсивностям, лежат на одной кривой равной громкости. Такие звуки называются равногромкими. Уровень громкости звука любой частоты определяют уровнем интенсивности звука с частотой 1000 Гц, равногромкого с этим звуком и измеряется в фонах. Уровень громкости звука определенной частоты: где I1000 – интенсивность звука f = 1000Гц, равногромкого с заданным звуком. При организации телефонной связи следует учитывать такие особенности слухового восприятия, как маскировка звука, адаптация и гармонические искажения слуха. Маскировкой звука называется понижение чувствительности уха к слабым звукам при одновременном воздействии звуков большой интенсивности. В результате маскировки звуков повышается порог слышимости сигнала при воздействии мешающего звука или шума по сравнению с порогом слышимости сигнала без помех. Адаптацией называется способность уха изменять свою чувствительность, т.е. приспосабливаться к интенсивности воздействующих звуковых колебаний. Вслед за громким звуком сразу следует слабый звук, то последний не будет восприниматься, поскольку первоначальная чувствительность уха восстанавливается лишь после прекращения воздействия громкого звука через некоторое время (35 с). Гармоническими искажениями слуха называется возникновение в слуховом аппарате человека колебаний с частотами, отсутствующими в исходном звуке. Чем выше интенсивность звука, тем сильнее сказываются возникающие нелинейные искажения слуха. Это является одной из причин уменьшения разборчивости речи при очень громкой передаче. 1.3. Разновидности трактов передачи и требования к ним Телефонные тракты могут быть двухпроводными, четырехпроводными, а также составленными из двух и четырехпроводных участков. Четырехпроводный телефонный тракт состоит из двух двухпроводных телефонных одностороннего действия и обеспечивает двустороннюю передачу речи. Рис.1.8. Телефонный четырехпроводный тракт Четырехпроводный тракт может быть образован с помощью двух двухпроводных физических кабельных или воздушных линий. Тракт такого вида устойчив против самовозбуждения вследствие незначительного электромагнитного влияния между параллельными участками односторонних, двухпроводных трактов и небольшой акустической связи между микрофоном и телефоном. Применение на городских телефонных сетях (ГТС) четырехпроводных трактов с использованием четырех жил кабеля экономично нецелесообразно. Поэтому в ТА вводится дифференциальная система (ДС) (рис.1.9). Рис.1.9. Телефонный двухпроводный тракт С помощью ДС обеспечивается подключение преобразователей ТА к двухпроводной АЛ. ДС уменьшает электрическую обратную связь между микрофоном и телефоном ТА. Стремление повысить использование физических воздушных, кабельных соединительных линий большой протяженности приводит к необходимости введения многоканальных систем передачи, требующих перехода с двухпроводной линии на четырехпроводный телефонный канал и наоборот (рис.1.10). Рис.1.10. Телефонный тракт с 2-хпроводными и 4-хпроводными участками Многоканальные системы передачи образуются с учетом, что аналоговый сигнал, занимающий при передаче весь спектр канала тональной частоты, содержит большую избыточность. Если же речевой сигнал освободить от излишней избыточности и оставить в нем только информацию, необходимую для обеспечения требуемой разборчивости, натуральности и достаточной громкости, то появляется возможность передавать одновременно несколько речевых сообщений по одному каналу тональной частоты. Речевой сигнал можно характеризовать тремя параметрами: частотным диапазоном F, динамическим диапазоном D, временем передачи T. Объем речевого сигнала - Объем телефонного канала - Если , а , , ; то перед передачей сигнала необходимо преобразовать параметры сигнала, согласовав их с параметрами канала. Такая операция называется трансформацией. Если , то перед передачей речевого сигнала необходимо произвести его преобразование ограничением или компаундированием. Преобразование ограничением состоит в исключении части или нескольких частей сигнала без сохранения сведений. Это искажает передаваемый сигнал. Поэтому оно не нашло применения. При преобразовании компаундированием происходит сжатие одного или нескольких параметров (компрессия) и наоборот (экспандирование). Различают непосредственное и параметрическое компаундирование. Непосредственное компаундирование одного, двух или всех трех параметров – F, D и T. Поэтому может быть частотным, амплитудным и временным. Параметрическое компаундирование представляет собой выделение из сигнала некоторого числа медленно меняющихся параметров, информация об изменении которых и передается по каналам. Основными требованиями, предъявляемыми к качеству передачи речи по телефонному тракту, является разборчивость, громкость и натуральность воспроизводимости речи на приемном конце тракта. Что необходимо для ведения разговора без напряжения. Для оценки качества передачи речи по телефонным трактам, отдельным его участкам международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии (настоящий сектор стандартизации электросвязи Международного Союза Электросвязи ITU-T) разработал нормы оценки качества телефонной передачи, а по ним – специальные эталонные тракты для получения количественных оценок качества. Для обеспечения высокого качества передачи речи по телекоммуникационной сети установлено, что величина остаточного затухания разговорного тракта на частоте 800 Гц между телефонными аппаратами любых двух абонентов должна быть не больше (рис.1.11): 29,5 дБ – при связи абонентов различных телефонных зон, 28,6 дБ – при связи между абонентами одной ГТС или СТС. Рис.1.11. Распределение затухания
TATU-TITU-TUIT
:✬ F A R R U X ✬ ︻┳ั芫ี┳═─┵ •••💥
ЛЕКЦИЯ 1.
Введение. Звуковой сигнал, назначение. Электроакустические преобразователи. Принципы передачи телефонной речи
1.1. Принципы передачи телефонной речи
Одним из наиболее распространенных видов электрической связи является телефонная связь, которая с помощью электрической энергии позволяет осуществлять передачу речи на большие расстояния. Речь человека представляет собой совокупность звуковых колебаний. При телефонной передаче звуковые колебания, возбуждаемые источником звуко-говорящим абонентом, через акустическую среду, воздействуют на акустико-электрический преобразователь АЭП (микрофон) телефонного аппарата ТА, который преобразует их в соответствующие колебания электрического тока (рис.1.1).
Рис.1.1. Тракт телефонной передачи
Энергия этих колебаний через телефонный аппарат ТА и соединительный тракт направляется в пункт приема на электро-акустический преобразователь ЭАП (телефон, громкоговоритель) ТА. В ЭАП электрическая энергия преобразуется в звуковую и через акустическую среду воспринимается приемником звука - ухом слушающего абонента. Для двусторонней телефонной передачи АЭП и ЭАП должны устанавливаться в ТА обоих абонентов. Телефонные аппараты обычно соединяются через коммутационный узел (КУ), к которому они подключаются с помощью линий, называемых абонентскими линиями (АЛ) (рис.1.2) .
Рис.1.2. Схема организации телефонной передачи
Коммутационные узлы, в которые включаются абонентские линии, называются телефонными станциями (ТС).
На территории одного города может быть установлено несколько телефонных станций. В каждую телефонную станцию включаются абонентские линии, расположенные в районе действия соответствующей станции. Телефонные аппараты, включенные в разные станции, соединяются через две и более станции, связанные между собой соединительными линиями (СЛ). В отличие от абонентских линий, являющихся индивидуальными линиями, закрепленными за телефонными аппаратами. Соединительные линии являются линиями общего пользования и участвуют в соединениях телефонных аппаратов разных телефонных станций.
Совокупность линейных и станционных технических средств, предназначенных для установления соединения между телефонными аппаратами, называется соединительным трактом (рис.1.3).
Рис.1.3. Соединительный тракт
Соединительный тракт образуется только на время передачи информации, исключением являются те редкие случаи, когда имеется постоянное, непосредственное соединение телефонных аппаратов друг с другом. Поэтому для управления процессом образования соединительного тракта телефонные аппараты, кроме АЭП и ЭАП, содержат приборы ввода адресной информации, посылки и приема сигналов вызова и окончания передачи. Совокупность устройств, входящих в систему электрической передачи речи от рта говорящего до уха слушающего абонента, называется трактом передачи телефонной информации или просто телефонным трактом (рис.1.1).
Таким образом, тракт телефонной передачи содержит два акустических участка, два телефонных аппарата с преобразователями АЭП и ЭАП, соединительный тракт заключенный между источником и приемником звука. В воздушных пространствах между преобразователями и органами речи и слуха человека образуется звуковое поле. Поэтому необходимо рассмотреть основное свойство звуков речи и слуха человека.
1.2. Характеристика речевого сигнала и слухового восприятия
Звуки речи образуются в речевом аппарате человека: основными составляющими при этом являются легкие с их мускульным аппаратом, голосовые связки и воздушные полости глотки, рта и носа. При рождении звука голосовые связки, представляющие собой два упругих мускульных валика с окончаниями нервных волокон, приходят в состояние автоколебаний. Поток воздуха из легких прерывается. Возникает первичный звук, имеющий характер П-образных импульсов, частота следования которых определяется типом голоса: бас - 80320 Гц, баритон -100400 Гц, сопрано - 2501200 Гц и т.д. (рис.1.4).
Рис.1.4. Временная характеристика первичного звука
Такой первичный звук (основной тон) имеет непрерывный (сплошной) спектр частот с убывающими амплитудами в диапазоне, примерно от 80 до 12 000 Гц (рис.1.5). Частотный спектр получающегося при этом звукового давления содержит большое число гармонических составляющих, амплитуда которых уменьшается с ростом частоты. Высота основного тона (f0) характеризует тон голоса говорящего. При этом 65% мощности приходится на звуковые колебания с частотами до 500 Гц. Воздушная струя проходит через систему резонаторов, которые образуются воздушными объемами полостей рта и носоглотки, видоизменяющихся в процессе произнесения различных звуков положением языка, зубов и губ.
Рис.1.5. Амплитудно-частотный спектр импульсов звукового давления
Наличие этой системы резонаторов обусловливает изменение гармонических составляющих: амплитуды одних усиливаются, других ослабляются. Характерные для разных звуков речи усиленные области частот называются формантными областями или просто формантами (рис.1.6).
Форманта характеризуется либо занимаемой его частотной полосой, либо средней частотой, соответствующей максимуму амплитуды звукового давления в формантной полосе, и средним уровнем энергии в этой полосе.
Звуки речи различаются друг от друга по числу формант и их расположению в частотном спектре.
Разборчивость передаваемой речи зависит от того, какая часть формант дошла до уха слушающего без искажений, и какая – исказилась. Менее мощные составляющие, лежащие между формантами, определяют индивидуальные особенности голосового аппарата человека с основным тоном, позволяют узнавать говорящего по голосу. Отдельным звукам речи могут соответствовать до шести формант, из которых только одна или две являются определяющими – основными. Большая часть формант находится в диапазоне от 300 до 3400 Гц, поэтому этот диапазон частот рекомендован ITU-T для передачи по телефонному тракту.
Рис.1.6. Амплитудно-частотный спектр сформированного звука
Звуковые колебания речи обладают весьма незначительной мощностью, которая при нормальной громкости разговора с учетом пауз в среднем равна 10 мкВт (без учета пауз 15 мкВт). Эта мощность соответствует звуковому давлению примерно 0,5 Па ( ) на расстоянии около 5 см от рта говорящего. Средняя мощность наиболее слабых звуков речи (при шепоте) – 0,01 мкВт, а при крике - 10005000 мкВт.
Величина, характеризующая пределы изменения мощности речевого сигнала в логарифмическом масштабе, называется динамическим диапазоном речи, определяется она в децебеллах:
где Imax, Imin,(Pmax, Pmin) – максимальное и минимальное значение интенсивности звука (звукового давления) соответственно.
Интенсивность звука – количество энергии звуковых колебаний, проходящих через единицу поверхности, расположенную перпендикулярно к направлению ее распространения за единицу времени. Измеряется в Вт/м2. интенсивность звука I и звуковое давление P связаны соотношением , где k – коэффициент, зависящий от величины атмосферного давления и температуры воздуха.
Для неискаженной передачи звуков возможной различной интенсивности необходимо обеспечить динамический диапазон речи:
При передаче речи без выкриков достаточен диапазон 3040 дБ, поэтому такой динамический диапазон рекомендован для передачи по телефонным трактам.
Воздействие упругих колебаний акустической среды на барабанную перепонку органа слуха воспринимается как звук. Человек может слышать звуки с частотами от 20 до 2000 Гц, однако чувствительность уха к звукам разных частот неодинакова. Наиболее восприимчиво ухо к звуковым сигналам с частотами в пределах 10004000 Гц. Характерно, что звуковые колебания небольшой интенсивности не воспринимаются ухом как звук. Минимальные значения интенсивности колебаний, воспринимаемых ухом как звук, называются порогом слышимости (рис.1.7). Величина интенсивности колебаний, при которой в ухе возникают болевые ощущения, называется порогом болевого ощущения.
Орган слуха согласно психофизиологическому закону обладает логарифмической чувствительностью. Поэтому интенсивность звука I (звуковое давление P) определяют не в абсолютных, а в логарифмических единицах – децибелах (дБ), называемых уровнями интенсивности (давления) звука В.
,
где I и P – интенсивность звука м звуковое давление в Вт/м2 и Па;
I0 =10-12 Вт/м2 и P0 =2*10-5 Па - интенсивность и звуковое давление нулевого уровня, соответственно.
Величины I0 и P0 приняты за начало отсчета, поскольку они соответствуют порогу слышимости в области частот 1000 Гц.
Кривая, соединяющая точки, соответствующие порогу слышимости (болевого ощущения) каждой из частот, называется кривой порога слышимости (болевого ощущений), указанными кривыми, как по частоте, так и по интенсивности ограничена область слухового ощущения (рис.1.7). Между пороговыми кривыми находится множество кривых слухового восприятия равной громкости. Каждая из этих кривых является геометрическим местом точек. Соответствующих тонам разных частот и имеющих равную громкость.
Рис.1.7.Область слухового восприятия и кривые равной громкости
Кривые слухового восприятия или кривые равной громкости говорят о широких возможностях и об исключительном совершенстве уха как индикатора звуковых колебаний. Например, при частоте 1000 Гц человеческое ухо способно воспринимать звуковые колебания интенсивностью от 1 до Вт/м2, т.е. интенсивность слышимого на этой частоте звука лежит в пределах, относящихся друг к другу как 10-12.
Это отношение называется динамическим диапазоном слуха и выражается в децибелах. .
Уровень ощущения является разностью уровня интенсивности звука определенной частоты и уровня интенсивности звука той же частоты на пороге слышимости и определяется:
, ,
где I п.с. – интенсивность звука с частотой f на пороге слышимости;
0 – уровень интенсивности звука на пороге слышимости.
Мерой громкости звука, является уровень громкости. Звуковые колебания с разными частотами и одинаковыми интенсивностями воспринимаются с разной громкостью. Колебания с разными частотами и интенсивностями могут восприниматься с одинаковой громкостью, если точки, соответствующие этим интенсивностям, лежат на одной кривой равной громкости. Такие звуки называются равногромкими. Уровень громкости звука любой частоты определяют уровнем интенсивности звука с частотой 1000 Гц, равногромкого с этим звуком и измеряется в фонах.
Уровень громкости звука определенной частоты:
где I1000 – интенсивность звука f = 1000Гц, равногромкого с заданным звуком.
При организации телефонной связи следует учитывать такие особенности слухового восприятия, как маскировка звука, адаптация и гармонические искажения слуха. Маскировкой звука называется понижение чувствительности уха к слабым звукам при одновременном воздействии звуков большой интенсивности. В результате маскировки звуков повышается порог слышимости сигнала при воздействии мешающего звука или шума по сравнению с порогом слышимости сигнала без помех. Адаптацией называется способность уха изменять свою чувствительность, т.е. приспосабливаться к интенсивности воздействующих звуковых колебаний. Вслед за громким звуком сразу следует слабый звук, то последний не будет восприниматься, поскольку первоначальная чувствительность уха восстанавливается лишь после прекращения воздействия громкого звука через некоторое время (35 с).
Гармоническими искажениями слуха называется возникновение в слуховом аппарате человека колебаний с частотами, отсутствующими в исходном звуке. Чем выше интенсивность звука, тем сильнее сказываются возникающие нелинейные искажения слуха. Это является одной из причин уменьшения разборчивости речи при очень громкой передаче.
1.3. Разновидности трактов передачи и требования к ним
Телефонные тракты могут быть двухпроводными, четырехпроводными, а также составленными из двух и четырехпроводных участков. Четырехпроводный телефонный тракт состоит из двух двухпроводных телефонных одностороннего действия и обеспечивает двустороннюю передачу речи.
Рис.1.8. Телефонный четырехпроводный тракт
Четырехпроводный тракт может быть образован с помощью двух двухпроводных физических кабельных или воздушных линий. Тракт такого вида устойчив против самовозбуждения вследствие незначительного электромагнитного влияния между параллельными участками односторонних, двухпроводных трактов и небольшой акустической связи между микрофоном и телефоном.
Применение на городских телефонных сетях (ГТС) четырехпроводных трактов с использованием четырех жил кабеля экономично нецелесообразно. Поэтому в ТА вводится дифференциальная система (ДС) (рис.1.9).
Рис.1.9. Телефонный двухпроводный тракт
С помощью ДС обеспечивается подключение преобразователей ТА к двухпроводной АЛ. ДС уменьшает электрическую обратную связь между микрофоном и телефоном ТА.
Стремление повысить использование физических воздушных, кабельных соединительных линий большой протяженности приводит к необходимости введения многоканальных систем передачи, требующих перехода с двухпроводной линии на четырехпроводный телефонный канал и наоборот (рис.1.10).
Рис.1.10. Телефонный тракт с 2-хпроводными и 4-хпроводными участками
Многоканальные системы передачи образуются с учетом, что аналоговый сигнал, занимающий при передаче весь спектр канала тональной частоты, содержит большую избыточность. Если же речевой сигнал освободить от излишней избыточности и оставить в нем только информацию, необходимую для обеспечения требуемой разборчивости, натуральности и достаточной громкости, то появляется возможность передавать одновременно несколько речевых сообщений по одному каналу тональной частоты.
Речевой сигнал можно характеризовать тремя параметрами:
частотным диапазоном F,
динамическим диапазоном D,
временем передачи T.
Объем речевого сигнала -
Объем телефонного канала -
Если , а , , ; то перед передачей сигнала необходимо преобразовать параметры сигнала, согласовав их с параметрами канала. Такая операция называется трансформацией.
Если , то перед передачей речевого сигнала необходимо произвести его преобразование ограничением или компаундированием.
Преобразование ограничением состоит в исключении части или нескольких частей сигнала без сохранения сведений. Это искажает передаваемый сигнал. Поэтому оно не нашло применения.
При преобразовании компаундированием происходит сжатие одного или нескольких параметров (компрессия) и наоборот (экспандирование). Различают непосредственное и параметрическое компаундирование. Непосредственное компаундирование одного, двух или всех трех параметров – F, D и T. Поэтому может быть частотным, амплитудным и временным. Параметрическое компаундирование представляет собой выделение из сигнала некоторого числа медленно меняющихся параметров, информация об изменении которых и передается по каналам.
Основными требованиями, предъявляемыми к качеству передачи речи по телефонному тракту, является разборчивость, громкость и натуральность воспроизводимости речи на приемном конце тракта. Что необходимо для ведения разговора без напряжения. Для оценки качества передачи речи по телефонным трактам, отдельным его участкам международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии (настоящий сектор стандартизации электросвязи Международного Союза Электросвязи ITU-T) разработал нормы оценки качества телефонной передачи, а по ним – специальные эталонные тракты для получения количественных оценок качества.
Для обеспечения высокого качества передачи речи по телекоммуникационной сети установлено, что величина остаточного затухания разговорного тракта на частоте 800 Гц между телефонными аппаратами любых двух абонентов должна быть не больше (рис.1.11):
29,5 дБ – при связи абонентов различных телефонных зон,
28,6 дБ – при связи между абонентами одной ГТС или СТС.
Рис.1.11. Распределение затухания