3.1.1. Характеристики речевых сигналов
3.1.1. Характеристики речевых сигналов
Звеньями тракта передачи речевых сообщений являются звуковые (акустические) поля, которые образуются в воздушных пространствах между преобразователями и органами речи и слуха человека.
Энергетическими характеристиками звукового поля являются звуковое давление Р и интенсивность звука J. При нормальном атмосферном давлении и температуре 20°С плотность воздуха 
=1,205 кг/м3 и скорость звука с=344 м/с. Для этих условий получены выражения для Р и J, имеющие практическое значение:
, (3.1)
(3.2)
Спектр мощности сигнала речи имеет максимум вблизи частоты 4000Гц и спадает на более высоких частотах со скоростью около 9дБ на октаву. В соответствии с рекомендациями МСЭ-Т при обработке сигналов речи ограничиваются интервалом частот 300-3400Гц.
Длительность звуков речевого сигнала составляет от нескольких десятков до нескольких сотен миллисекунд при среднем значении 130 мс, причем среднее значение для гласных звуков 210 мс, а для согласных 95 мс.
Мгновенный уровень речевого сигнала изменяются в диапазоне 35-40дБ. При этом уровень согласных в среднем на 20дБ ниже уровня гласных.
Слуховое ощущение прироста громкости звука подчиняется психофизиологическому закону Вебера-Фехнера, по которому прирост ощущения пропорционален логарифму отношения раздражений.
Для получения прироста ощущения в децибелах коэффициент пропорциональности принимают равным десяти.
Для определения уровня интенсивности и звукового давления на любой частоте приняты интенсивность нулевого уровня J0=10-12 Вт/м2 и звуковое давление нулевого уровня 
.
Величины J0 и Р0 приблизительно соответствуют минимальной интенсивности и минимальному звуковому давлению, воспринимаемыми человеческим ухом в области частоты 1000Гц. Таким образом, уровни интенсивности и звукового давления, измеряемые в децибелах, определяются по формуле:
, (3.3)
Область звуковых ощущений у человека лежит между порогом слышимости и порогом болевого ощущения.
Порог слышимости – минимальный уровень звукового сигнала (порог чувственности), общепринятый начальный уровень P0=20 мкПа. Уровень звукового давления обозначается SPL и для порога слышимости составляет 0дБ SPL.
Порог болевого ощущения – максимальный уровень, который соответствует звуковому давлению примерно 200 Па и составляет примерно 140дБ SPL.
Реальные примеры уровней звукового давления показаны на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 – Уровни звукового давления
3.1.2. Состав телефонного аппарата
В состав телефонного аппарата входят разговорные, вызывные приборы, номеронабиратель, рычажный переключатель (рисунок 3.2).
Рисунок 3.2– Структурная схема телефонного аппарата
В разговорную часть схемы телефонного аппарата входят электроакустические преобразователи: микрофон и телефон. Преобразование акустических сигналов в электрические выполняют микрофоны, а обратное преобразование – телефоны. Конструктивно микрофон и телефон объединены в микротелефонную трубку.
Вызывная часть схемы служит для приема вызывного сигнала с коммутационной станции. В качестве вызывных приборов могут использоваться звонок переменного тока или приемник тонального вызова. В режиме ожидания вызова со станции телефонный аппарат не потребляет электроэнергию, т.к. цепь постоянного тока разомкнута за счет включения конденсатора в вызывную цепь.
Рычажный переключатель обеспечивает поочередное подключение к абонентской линии вызывных и разговорных приборов.
Номеронабиратель передает на станцию адресную информацию – номер вызываемого абонента. В схему телефонного аппарата включаются импульсные и шунтирующие контакты номеронабирателя (ИК и ШК). ИК формируют сигналы набора номера, а ШК шунтируют разговорную часть схемы на время передачи цифры для того, чтобы она не влияла на параметры передаваемых сигналов.
3.1.3. Структурная схема кнопочного телефонного аппарата
В схему входят следующие основные узлы (рисунок 3.3):
1) вызывное устройство (ВУ) – предназначено для приема вызывных сигналов со станции и преобразования его в звуковые колебания;
2) диодный мост – исключает влияние полярности напряжения линий на схему телефонного аппарата;
3) схема «отбой» – осуществляет начальную установку интегральной схемы номеронабирателя;
4) рычажный переключатель SB – отключает питание схемы телефонного аппарата при положенной на рычаг микротелефонной трубке;
5) времязадающие элементы генератора – определяют частоту внутреннего тактового генератора, от которой зависят все временные параметры сигналов, вырабатываемых интегральной схемой номеронабирателя (частота набора, длительность импульсов и межцифровой интервал);
6) схема питания интегральной схемы номеронабирателя – обеспечивает питание микросхемы во время набора номера и поддержку питания оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) при положенной на рычаг трубке;
7) микросхема номеронабирателя (ИС НН) выполняет следующие функции:
а) опрос клавиатуры;
б) формирование сигналов набора номера, управляющих работой импульсного ключа (ИК);
в) формирование сигнала отключения разговорной части во время набора номера, управляющего работой разговорного ключа (РК);
г) запоминание последнего или нескольких набираемых номеров;
8) импульсный ключ (ИК) – формирует импульсы набора для передачи в линию;
9) разговорный ключ (РК) – отключает разговорную часть на время прохождения импульсного набора;
10) Rн - резистор нагрузки линии, исключающий ее замыкание накоротко во время формирования импульсов набора;
11) телефонный усилитель – усиливает речевой сигнал до уровня нормальной слышимости и согласует сопротивление линии с сопротивлением звукоизлучающего элемента BF (телефона);
12) микротелефонный усилитель – усиливает сигнал микрофона;
13) противоместная схема – устраняет местный эффект (прослушивание голоса говорящего в собственном телефоне);
14) клавиатура выполняет функцию датчика импульсов.
При снятии трубки рычажный переключатель SB подключает телефонный аппарат к линии АТС. В результате образования делителя напряжение на линейных зажимах снижается до величины 5-15 В. При этом схема «отбой», вследствие подачи напряжения в схему, осуществляет начальную установку интегральной схемы (ИС) номеронабирателя (НН) – режим готовности к набору номера.
Рисунок 3.3 – Структурная схема телефонного аппарата отечественного производства
В режиме готовности к набору номера ИС НН вырабатывает сигнал управления импульсным и разговорным ключом (ИК и РК). В результате разговорный узел, состоящий из микрофонного, телефонного усилителей и противоместной схемы, посредством разговорного ключа подключается к линии и в трубке прослушивается «Ответ станции». Импульсный ключ находится в разомкнутом (закрытом) состоянии. При нажатии кнопок клавиатуры ИС НН формирует последовательность импульсов, управляющих работой импульсного и разговорного ключей. Импульсный ключ замыкает линию накоротко и размыкает ее, формируя посылки постоянного тока, управляющие работой АТС. Разговорный ключ отключает разговорный узел от общего провода на время .следования посылок набора номера, что устраняет неприятные щелчки в трубке телефона при наборе номера. По окончании набора разговорный ключ вновь подключают разговорный узел и в трубке слышны тональные посылки АТС, свидетельствующие об окончании процесса соединения и поступления на линию вызываемого абонента посылок вызывного сигнала. При снятии абонентом трубки слышится голос. По окончании разговора, трубка укладывается на рычаг. Рычажный переключатель SB размыкает цепь постоянного тока и схема телефонного аппарата переходит в дежурный режим. В дежурном режиме схема питания микросхемы обеспечивает подпитку ОЗУ ИС НН, в котором хранится последний набранный номер, схема «отбой» запрещает набор номера с клавиатуры с целью сохранения последнего набранного номера, а вызывное устройство готово к приему сигнала вызова АТС.
При поступлении сигнала вызова от АТС, вызывное устройство вырабатывает звуковые сигналы, информирующие о вызове. До снятия трубки схема телефонного аппарата находится в дежурном режиме. При снятии трубки ИС НН устанавливается в исходное состояние с той лишь разницей, что вместо сигнала «Ответ станции» слышится голос вызывающего абонента. При кратковременном нажатии на рычажный переключатель или нажатии кнопки «отбой» на наборном поле клавиатуры, происходит размыкание цепи постоянного тока и телефонный аппарат переводится в исходное состояние.