Параметры, характеризующие звуковые сигналы
Речь человека представляет собой совокупность звуковых колебаний. Колебательные движения частиц упругой среды – воздуха, вызывающие слуховое ощущение, называют звуком. Процесс распространения звуковых колебаний называют звуковой волной, а пространство, в котором распространяются звуковые волны – звуковым полем.
Скорость распространения звуковых колебаний в воздухе при нормальном атмосферном давлении и температуре 20º C – 343 м/ с. Причем, она изменяется в зависимости от влажности, атмосферного давления и температуры воздуха.
При распространении звуковых колебаний в каждой точке звуковой волны создается определенное давление воздуха, которое называется звуковым давлением. По нему можно судить о силе звука. Звуковое давление в Международной системе единиц выражается в паскалях (Па).
Звуковая волна в каждой точке характеризуется определенной интенсивностью (силой звука). Сила (интенсивность) звука – энергия звуковой волны, проходящая в одну секунду через площадь в один квадратный метр, расположенную перпендикулярно направлению распространения волны. Интенсивность звука выражается в Вт/м2.
Звуковая волна, встречая на своем пути тело, способное колебаться, приводит его в колебательное движение. Так, достигая ушной раковины человека, звуковая волна приводит в колебательное движение систему органа слуха, которая передает эти колебания в кору большого полушария головного мозга, где они и создают ощущение звука.
Простейшим колебанием является гармоническое, или синусоидальное колебание, которое характеризуется амплитудой А, периодом Т и частотой f.
Р,
Па
0
А t
Т
Рис. 1. Гармоническое (синусоидальное) колебание
Время, в течение которого происходит одно колебание, называется периодом колебания (секунды). Число колебаний в одну секунду называется частотой колебания (герцы). f =1/Т, Т=1/ f. Наибольшее отклонение, которого достигает колеблющееся тело за период колебания (считая от положения равновесия), называется амплитудой колебания. Чем больше амплитуда, тем больше звуковое давление и сильнее звук.
Простые синусоидальные колебания в природе встречаются редко. В телефонии мы всречаемся со сложными звуковыми колебаниями, состоящими из большего или меньшего числа простых колебаний. Звуки речи образуются в результате прохождения воздушного потока из легких человека через голосовые связки и полость рта и носа. Голосовой аппарат человека создает звуковые колебания с частотами 80-12000 Гц, а ухо человека может воспринимать звуковые колебания с частотами 16-20000 Гц. В процессе разговора происходит усиление отдельных областей частот, так называемых формант, которыми определяется разборчивость речи. Большинство формант расположено в полосе частот 300-3400 Гц. Эта часть спектра называется эффективно передаваемой полосой частот и является стандартом для всех телефонных линий. Она рекомендована Международным консультативным комитетом по телефонии и телеграфии (МККТТ) для телефонной передачи. Итак, параметры речевых сигналов:
Эффективно передаваемая полоса частот (полоса разборчивости речи) (300-3400 Гц).
Средняя мощность телефонного сигнала в интервалах активности (в отсутствие длинных пауз) составляет 88 мкВт.
Максимальная мощность телефонного сигнала равна 2220 мкВт.
Минимальная мощность телефонного сигнала, который еще слышен на фоне шумов, принята равной 0,22 мкВт.
Динамический диапазон речевого сигнала Dc = 10×lg (Pmax/Pmin) = 10×lg (2220/0.22) = 40 (дБ). Он характеризует диапазон изменения мощности звуков речи.