Система передачи сигналов телефонной связи

Процесс телефонной передачи сообщения заключается в преобразовании звуковых колебаний речи в колебания (изменения) электрического тока, передачи его по проводным линиям и обратном преобразовании электрических колебаний в звуковые.

Интересно, что:

Максимальное расстояние, на которое разборчивая речь может быть передана по воздуху, как бы мы ни усиливали звук, не превышает 1000 м.

Изобретение в 1876 году телефонного аппарата позволило передавать разговоры на большие расстояния. Телефонный аппарат преобразует механическую энергию в электрическую и обратно. Наличие такого преобразования обеспечивает превращение воздушных колебаний в электрический сигнал, который может быть передан по проводам с периодическим усилением для компенсации потерь.

Служебные системы телефонной связи обеспечивают передачу частот от 300 до 3400 Гц при динамичном диапазоне 10-15 дБ.

Система передачи – это КТС, обеспечивающих образование линейных трактов, типовых групповых трактов и каналов передачи.

Системы передачи сигналов телефонной связи предназначены для передачи на расстояние звуковых (акустических) сообщений, создаваемых голосовыми связками и воспринимаемых ухом человека. В качестве передатчиков используются устройства, которые преобразуют звуковые колебания, происходящие в воздушном пространстве, в электрические сигналы, передаваемые на расстояние. Такие акустические преобразователи называются микрофонами.

В телефонных системах чаще всего применяются угольные микрофоны, в которых осуществляется преобразование звуковых колебаний в электрический ток (сигнал), параметры которого изменяются аналогично изменению параметров звукового сообщения.

Приемник в системе телефонной связи выполняет обратное преобразование электрических сигналов в звуковые колебания. Такой электроакустический преобразователь называется телефоном.

Для удобства телефоны и микрофоны конструктивно объединены в общий корпус, называемый микротелефоном.

На рис. 2.2 изображена простейшая схема телефонной передачи речи. Во время разговора мембрана микрофона (М) колеблется под действием звуковых волн. Эти колебания оказывают переменное давление на угольный порошок, вызывая изменения контактного электронного сопротивления его гранул. Электрическое сопротивление угольного микрофона уменьшается при сжатии гранул и увеличивается при их разжимании (рис.2.3). В результате изменяется величина электрического тока в цепи, соединяющей микрофон и телефон (Т) с источником питания – батареей (Б). Переменный электрический ток создает вокруг катушки телефона переменный магнитный поток, который, складываясь с магнитным потоком постоянного магнита, вызывает переменную силу притяжения мембраны телефона (рис.2.4). Мембрана, колеблясь, создает в воздухе соответствующую волну изменяющегося давления, которую ухо и мозг человека интерпретируют как звук.

Рисунок 2.2 – Схема телефонной передачи речи

Рисунок 2.3 – Схема угольного микрофона

Рисунок 2.4 – Схема электромагнитного телефона

Микрофон характеризуется чувствительностью (коэффициентом передачи), определяемой отношением величины электродвижущей силы Е_м, развиваемой микрофоном, к звуковому давлению Р_м, действующему на мембрану:

.

Постоянную чувствительность микрофон сохраняет только в определенной полосе частот. Для определения средней чувствительности микрофона в заданной полосе частот пользуются выражением

где k(f) – частотная характеристика микрофона; f₂-f₁ – заданная полоса частот.

Качество телефона как преобразователя электрических колебаний в звуковые и обратно оценивается чувствительностью телефона k_T – отношением звукового давления Р, развиваемого телефоном, к напряжению на зажимах телефона U:

.

Средняя чувствительность телефона зависит от частоты и определяется выражением

,

где k(f) – частотная характеристика телефона; f₂-f₁ – заданная полоса частот.

Чтобы передача в телефонной сети была двухсторонней (дуплексной), в месте передачи и приема в электрическую цепь включают последовательно микрофон и телефон. Однако такая схема обладает существенным недостатком: в ней возникает явление местного эффекта, обусловленное тем, что в телефоне достаточно громко воспроизводятся звуки собственной речи, затрудняющие понимание речи принимаемого абонента. Поэтому во всех современных телефонных аппаратах функциональные элементы соединяют так, чтобы устранялось явление местного эффекта.

Кроме микрофона и телефона, являющихся элементами системы, у каждого абонента имеется ряд вспомогательных устройств, необходимых для удобства подключения, вызова и сигнализации. Основные и вспомогательные элементы, которыми пользуется абонент, конструктивно составляют телефонный аппарат. Современные телефонные аппараты весьма разнообразны. Они отличаются типами микрофонов, телефонов, номеронабирателей, а также формой корпуса аппаратов.

Телефонные аппараты, установленные у абонента и корреспондента, могут быть связаны между собой либо линией связи, либо каналом связи.

Система передачи, обеспечивающая связь между абонентами, находящимися на расстоянии от нескольких десятков метров до сотен тысяч километров, - сложное и дорогое сооружение. Основная доля затрат (от 70 до 90% общей стоимости) приходится на линии связи. Поэтому при проектировании и развертывании линий связи основная задача состоит в том, чтобы предусмотреть передачу максимального количества сообщений при минимальных затратах материальных средств и людских ресурсов, сокращении времени развертывания линий и т.д. Эта задача решается применением многоканальных систем передачи.

Многоканальной системой передачи называется совокупность технических средств, обеспечивающих одновременную и независимую передачу сообщений от N источников к N получателям по одной проводной или радиолинии.

Для объективной оценки качества и достоверности передачи речевой информации по телефонной линии связи применяется фразовая артикуляция, т.к. именно фразы содержат в себе законченные мысли. Сравнивая число переданных фраз с числом правильно принятых фраз, определяют процент правильно принятых фраз или коэффициент артикуляции. Если фразовая артикуляция будет меньше N_фр = 0,9, то абоненты не смогут установить взаимно понятного контакта и разговор не состоится. Фразовая артикуляция N_фр = 0,9 соответствует слоговой артикуляции N_сл = 0,25, словесной N_слов = 0,75 и звуковой N_зв = 0,64.

При меньшем значении указанных коэффициентов артикуляции понятность речи падает, и телефонная передача становится затруднительной. При бóльших значениях коэффициентов аппаратура связи усложняется, что приводит к дополнительным экономическим затратам.

Для обеспечения указанных коэффициентов артикуляции при передаче речи к линиям телефонной связи предъявляются определенные требования на допустимое затухание передаваемых электрических сигналов и уровень окружающего шума. Современные телефонные аппараты обеспечивают хорошее качество передачи речи при уровне окружающего шума 70-75 дБ.