Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

текст лекций / 22. Физические основы передачи телефонных диспетрерских сообщений

.doc
Скачиваний:
140
Добавлен:
14.12.2015
Размер:
344.58 Кб
Скачать

Физические основы передачи

телефонных диспетчерских сообщений

1.Назначение телефонной и громкоговорящей связи

Телефонная и громкоговорящая связь предназначена для оперативного руководства деятельностью служб гражданской авиации. Она широко используется для непосредственного взаимодействия диспетчерских пунктов, передачи информации по управлению воздушным движением, руководства производственной и технологической деятельностью службы перевозок и коммерческой эксплуатации.

Обмен информацией с помощью телефонной и громкоговорящей связи осуществляется по разговорному тракту(тракту передачи). Его основными частями являются электроакустические преобразователи, электронные усилители, коммутационно-вызывные приборы и линии связи.

Преобразование звуковых колебаний в электрические осуществляется с помощью микрофона. Для обратного преобразования используется телефонии или громкоговоритель. Увеличение уровня громкости воспроизводимых звуковых колебаний достигается включением в разговорный тракт усилителя электрических сигналов. Подобные усилители выполняются на транзисторах или электронных лампах и называются усилителями низкой частоты(УНЧ),так как их полоса пропускания занимает область звуковых частот.

Коммутационные устройства используются для подключения разговорных приборов одного аппарата к линии,в которую включён другой аппарат. При количестве аппаратов, не превышающем нескольких десятков в пределах одной сети, коммутационные устройства могут входить в состав самих аппаратов. При большей ёмкости сети или при необходимости соединения с аппаратами другой сети применяются самостоятельный коммутаторы. Они входят в состав автоматических телефонных станций (АТС) или станций ручной работы(РТС).

Лица в пользовании которых находятся аппараты сети телефонной или громкоговорящей связи являются абонентами такой сети, а сами аппараты- абонентскими (АА)

Аппараты громкоговорящей связи (ГГС),снабжённые коммутационными устройствами, обеспечивающими выбор и соединение с требуемыми абонентами,называются центральными аппаратами (ЦА) а иногда пультами ГГС.

Схемы ГГС сетей отличаются разнообразием. Однако, можно выделить 2 основные схемы,применяемые независимо или в сочетаниях между собой. Одна из них-радикальная схема (рис.1.1) , обеспечивающая связь нескольких АА непосредственной связи не имеют. Другая разновидность (рис. 1.2), строится по принципу связи каждого с каждым. В ней используются только ЦА. Другие всевозможные варианты основаны на комбинациях этих двух схем и параллельного включения нескольких аппариатов в некоторые абонентские линии.

Рис 1.1. Радиальная схема ГГС Рис 1.2. Узловая схема ГГС

Развитая сеть телефонной связи строится по радиально-узловому принципу аналогично сети телеграфной связи с кодовой коммутацией сообщений.

Качество телефонной связи громкоговорящей связи от параметров разговорного тракта, во всех звеньях которого, за исключением усилителей, образуются потери мощности передаваемых электрических сигналов. Важнейшим показателем таких звеньев является затухание. Широкое применение находят понятия характеристического и рабочего затухания.

Характеристическим называется затухание, возникающее при согласованных нагрузках. Оно представляет собой отношение мощности сигнала в начале исследуемой цепи P1 к мощности в её конце P2,выраженное в децибелах

ax= 10lg .

Определяя характеристическое затухание какой-либо цепи, используют в качестве её нагрузки сопротивление, равное характеристическому сопротивлению этой цепи. Характеристическое сопротивление является средней геометрической величиной из вводных сопротивлений короткого замыкания Zк.з. и холостого хода Zxx:

Zc =

В большинстве случаев встречаются несогласованные нагрузки. В точках рассогласования тракта передачи сигналов возникают отражения электромагнитной энергии, которые приводят к дополнительным потерям. Понятии рабочего затухания определяется с учётом этих потерь с отношением кажущейся мощности, которая выделялась бы в согласованной источником сигнала нагрузке P0,к мощности P2,фактически воспринимаемой нагрузкой, включённой в конце цепи:

aраб = 10lg

Определение рабочего затухания производится с помощью генератора синусоидального сигнала, подключаемого ко входу исследуемой цепи(рис 1.3). если известны параметры такого генератора ,т.е его ЭДС Ei и внутренние сопротивление, то не трудно рассчитать кажущуюся мощьность, отдаваемую таким источником в согласованную нагрузку. Действительно ,в режиме согласования сопротивление нагрузки Rн равно сопротивлению источника сигнала Ri и падение напряжения на ней составляет половину ЭДС:

Uн =

Таким образом измерив напряжение на нагрузке цепи, при известных величинах Ei Ri Zн можно рассчитать её рабочее затухание

aраб=20lg+10lg

Для обеспечения качественной телефонной связи рабочее затухание тракта передачи не должно превышать 27,8 дБ.

2. Характеристики акустических сигналов

Источник звука вызывает колебания частиц вещества той среды, в которой он находится. В воздушной среде эти колебания распределяются в виде звуковых волн, вызывая в каждой точке пространства давление. При гармоническом характере изменения атмосферного давления его мгновенное значение имеет вид:

P(t)=pатм+Pm

где pатм- атмосферное давление в состоянии покоя воздушной среды;

Pm-амплитуда звукового давления;

W=2-частота звуковых колебаний

Звуковое давление определяется силой звука, воздействующей на единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению прихода звуковых волн, и измеряется в ньютонах на квадратный метр.

Сила звука J,называемая также интенсивностью, определяется как средний поток энергии звуковой волны, проходящей через перпендикулярно расположенную единичную площадку. Связь между интенсивностью звука и его давлением выражается формулой:

J=, ВТ/м2 (1.5)

Где p-звуковое давление

а- скорость распространения звуковой волны, м/с

При нормальных величинах атмосферного давления и температуры a=343м/с,р=1,21 кг/м3,соотношение (1.5) приводится к виду

J=2,41*10-3p2,Вт/м2 (1.6)

Звуковое давление p0=2*10-5 Н/м2,вызываемое гармоническим колебанием частоты f=1 к Гц,принято считать за нулевой уровень. Такой звук едва воспринимается человеческим ухом. В соответствии с формулой (1.6) нулевой уровень интенсивности составляет J0=10-12 Вт/м2. По отношению к нулевому определяется уровень громкости или интенсивности любого звука

LN=20lg=10lg.

Единица уровня громкости называется фоном. Она адекватна к уровню интенсивности, измеряемому в децибелах. Уровень громкости в один фон соответствует звуковому давлению равногромкого с ним звука частоты 1000Гц,который превышает нулевой уровень на 1 Дб.

В табл.(1.1) приведены упомянутые характеристики для некоторых звука

Качественная характеристика звука

Звуковое давление, Н/м2

Интенсивность звука, Вт/м2

Уровень громкости, фон

Едва слышный звук f=1кГц

Негромкий разговор на расстоянии 1м

Шум турбореактивного двигателя на расстоянии 2-3 м

Наиболее сильный звук, выдерживаемый ухом

2*10-5

2*10-3

2*10

2*102

10-12

10-8

1

102

0

40

120

140

Уровень громкости возле рта говорящего меняется в пределах от 60 фон во время шёпота до 115 фон при крике. В разговорном тракте телефонной и громкоговорящей связи он сужается до 25-30 дБ. Снизу его ограничивает уровень шума, а сверху величина линейного участка динамической характеристики. За пределами линейного участка, происходит ограничение сигналов по максимуму и связанное с этим увеличение нелинейных искажений.

Для предотвращения искажений в некоторых трактах применяют специальные устройства, называемые динамическими компрессорами. Такое устройство действует как регулятор громкости, снижая коэффициент усиления электрических сигналов при увеличении их среднего уровня.

3.Свойства речи и слухового восприятия

Голоса людей представляют собой совокупность гармонических колебаний звуковых волн, спектр которых сосредоточен в полосе частот от 80 Гц до 12 кГц. Каждый произнесённый звук характеризуется наличием колебаний с усиленными амплитудами, называемыми формантами. Распознавание звуков определяется неискажённым воспроизведением формант, которые занимают несравнительно неширокую полосу частот от 300 Гц до 3,4 кГц. Наличие неформантных звуков создаёт тембровую окраску, позволяющую распознавать голоса.

Мощность звуковых волн ,воспринимаемая микрофоном, расположенном возле рта говорящего, оценивается в среднем величинами:

  • при разговоре шёпотом 5*10-4 мкВТ

  • при нормальном разговоре 5 мкВТ

  • при крике 5*102 мкВт

По спектру эта мощность распределена неравномерно. Её относительное распределение характеризуется спектральной плотностью средней мощности s(f), наибольшая часть которой сосредоточена в полосе частот 150-600 Гц. Однако, этой полосы недостаточно для передачи формант речи. Чтобы сохранилась высокая разборчивость звуков, для телефонии рекомендована полоса частот 300-3400 Гц.

Человеческое ухо способно воспринимать звуковые колебания в значительно более широком диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц.

Рис.2. Спектральная плотность средней мощности русской речи.

Минимальный уровень громкости, при котором возникает слуховое ощущение, называется порогом слышимости. Порог слышимости зависит от частоты колебаний. На частоте f=1000 Гц он соответствует нулевому уровню громкости или интенсивности.

Рис.3. Характеристики слухового восприятия.

Звуки, превышающие по интенсивности порог слышимости, до определённого предела воспринимаются нормально. Этим пределом является порогом болевого ощущения, уровень которого также меняется с частотой.

Между обоими порогами заключена область нормального слухового восприятия. Процесс восприятия сопровождается маскировкой звуками большой интенсивности менее интенсивных звуков, действующих на слуховой орган одновременно. Кроме этого, прослушивание звуков сопровождается адаптацией слуха, т.е. повышением порога слышимости. После прекращения звукового воздействия для восстановления прежнего порога требуется 10-15 с.