Принцип телефонной передачи речи
Схема двусторонней телефонной передачи
Принцип телефонной передачи состоит в том, что в пункте передачи звуковые колебания речи преобразуются с помощью микрофона в колебания электрического тока, которые передаются по линии связи в пункт приема. В пункте приема осуществляется обратное преобразования электрических колебаний в звуковые при помощи устройства, называемого телефоном.
Микрофон и телефон являются электроакустическими преобразователями. Они могут быть разных типов. Рассмотрим принцип работы микрофона на примере угольного микрофона. В корпус угольного микрофона засыпается угольный порошок. При воздействии на мембрану звукового давления сопротивление угольного порошка между электродами внутри корпуса будет изменяться. Вследствие этого ток в микрофонной цепи также будет изменяться в соответствии со звуковыми колебаниями.
Питание микрофона обеспечивается батареей, отделенной от линии трансформатором. При отсутствии звуковых колебаний перед мембраной микрофона ток в микрофонной цепи постоянный, так как сопротивление угольного порошка не изменяется.
|
|
Электромагнитный телефон состоит из постоянного магнита, полюсных окончаний, электрообмоток и мембраны. Когда в микрофонной цепи возникают пульсирующие электрические колебания, во вторичной обмотке трансформатора создаётся переменная ЭДС, под воздействием которой в цепи телефона на приемной стороне появляется переменный ток. Этот ток создает переменный магнитный поток в полюсных окончаниях телефона, который, взаимодействуя с магнитным потоком постоянного магнита, заставляет колебаться мембрану. Таким образом электрические колебания преобразуются в звуковые, и абонент может слышать по телефону речь, произносимую перед микрофоном на передающей стороне.
Современные микрофоны и электромагнитные телефоны изготавливают в виде капсюлей. Это обеспечивает простоту их замены.
Для двусторонней передачи в пунктах приема и передачи устанавливаются как телефоны, так и микрофоны, объединяемые в устройство, называемое телефонным аппаратом. Конструкция телефонного аппарата описана в п. 16.2.
Схемы двусторонней связи строятся по системе с местной батареей (МБ) или центральной батареей (ЦБ) (рис. 16.1).
Микрофоны на станциях А и Б (рис. 16.1, а) получают питание от местных батарей GB1 и GB2. Микрофоны ВМ1 и ВМ2 включены в цепь обмоток I трансформаторов Т1 и Т2. В цепь обмоток II этих трансформаторов включены телефоны BF1 и BF2. При передаче речи со станции А на станцию Б и наоборот схема работает так же, как и схема односторонней передачи. Недостатком схемы, приведенной на рис. 16.1, а, является то, что речь одновременно воспроизводится телефонами обеих станций, т.е. говорящий абонентслышит собственный разговор в своем телефоне. Это явление носит название «местный эффект».
|
|
Рис. 16.1. Схемы двусторонней телефонной передачи
На схеме, приведенной на рис. 16.1, б, микрофоны включены в обмотки II трансформаторов Т1 и Т2, а телефоны — в обмотки I. Такая схема включения микрофонов позволяет осуществлять их питание от одной центральной батареи GB, устанавливаемой на телефонной станции. Батарея GB является общей для станций А и Б и подключается к микрофонным цепям через дроссели РК1 и РК2. Они оказывают незначительное сопротивление постоянному току, протекающему от батареи GB через цепи микрофонов ВМ1 и ВМ2, и в то же время препятствуют замыканию переменной составляющей разговорного тока через батарею GB. Описанная схема двусторонней телефонной передачи также обладает местным эффектом.
Для устранения местного эффекта в телефонных аппаратах применяются специальные противоместные схемы включения микрофона и телефона. Главным требованием, предъявляемым к телефонной передаче, является обеспечение заданного качества передачи речи. Критериями оценки качества служат разборчивость, громкость, натуральность воспроизводимого звука и др.
Разборчивость речи определяют по числу правильно принятых по тестируемому телефонному тракту элементов речи (слогов, слов, фраз) по отношению общему (достаточно большому) числу переданных элементов. Величина разборчивости выражается в процентах или долях единицы. Качество связи считается удовлетворительным при разборчивости 40…55%, хорошим при 55…80% и отличным — свыше 80%.
Громкость принимаемой по телефону речи зависит от затухания электрического сигнала в линии.
Натуральность речи в большой степени зависит от ширины полосы частот, выделенной для канала передачи. Стандартная полоса 300…3400 Гц, принятая при телефонной передаче, обеспечивает достаточную натуральность речи при условии хорошей разборчивости и нормальной громкости.
Конструкция телефонных аппаратов. Телефонные аппараты технологической связи
Рассмотрим противоместные схемы включения разговорных приборов (микрофона и телефона) в телефонном аппарате (рис. 16.2).
Достоинство этих схем заключается в том, что передаваемая абонентом речь в его собственном телефоне или совсем не воспроизводится, или значительно ослабляется, не мешая ведению разговора. Противоместные схемы включения приборов телефонных аппаратов бывают мостового и компенсационного типов. В основу построения противоместной схемы мостового типа (рис. 16.2, а) положен принцип уравновешенного моста. Его плечами являются полные сопротивления обмоток I и II трансформатора Т, сопротивления балансного контура сбк и линии гл. В качестве балансного контура применяются резисторы и конденсаторы, соединяемые между собой параллельно или последовательно.
Puc 16.2. Противоместные схемы включения разговорных приборов
Переменный ток от микрофона ВМ, возникающий при передаче речи (показан сплошными стрелками), будет разветвляться и проходить по обмоткам I и II трансформатора Т в разных направлениях. При условии полного равновесия моста эти токи будут равны между собой и их суммарный магнитный поток будет равен нулю. Следовательно, в обмотке III не будет индуцироваться разговорный ток микрофона ВМ и в телефоне BF собственный разговор не будет слышен. При приеме с линии разговорный ток будет проходить по обмоткам I и II в одном направлении (показан штриховыми стрелками), и в обмотке III трансформатора Т будет индуцироваться переменный разговорный ток, благодаря чему в телефоне BF будет воспроизводиться речь.
|
|
Поскольку в реальных схемах телефонных аппаратов идеального равновесия моста добиться практически невозможно, так как все линии отличаются параметрами, то местный эффект не подавляется полностью, а только значительно ослабляется.
В компенсационной схеме (рис. 16.2, б) телефон BF, микрофон ВМ, сопротивления линии Zn и балансного контура Z6k связаны между собой автотрансформатором АТ, состоящим из трех обмоток I, II, III и четвертой, которая является бифилярной (наматывается в два провода для компенсации ее реактивного сопротивления). Так как эта обмотка обладает только активным сопротивлением, она на схеме обозначена как сопротивление RK. При разговоре в цепи микрофона ВМ возникает ток, который разветвляется на две составляющие: местную /м и линейную /л. Линейная составляющая замыкается по цепи: точка а подключения ВМ, обмотка I автотрансформатора AT, Zv точка б подключения ВМ.
Местная составляющая между точками а и б разветвляется на две части. Составляющие разговорного тока, проходящие по обмоткам I и II АТ, создают в сердечнике автотрансформатора переменный магнитный поток, определяемый разностью магнитных потоков этих обмоток. Вследствие этого в обмотке III АТ индуцируется переменный ток i у При правильном подборе элементов компенсационной схемы составляющие /м2 и /м3 будут равны, но противоположно направлены, и местного эффекта практически не наблюдается. Очень важную роль при этом играет подбор соотношения витков обмоток I и II АТ и сопротивления обмотки RK. При приеме речи с линии разговорный ток проходит через обмотку 1 АТ и замыкается частично через ВМ, частично через BF и обмотку III АТ. Параллельно ток проходит через RK и далее через обмотку II AT, Z6k и в линию. В этом случае компенсации токов в телефонной обмотке III не происходит, чем обеспечивается слышимость принимаемой речи в телефоне BF.
Обе противоместные схемы находят применение в современных телефонных аппаратах.
Телефонные коммутаторы.Назначение и принцип действия
|
|
По своему назначению телефонные коммутаторы, с помощью которых можно устанавливать соединение между абонентами, подразделяются на коммутаторы местной, междугородной и оперативно-технологической связи.
Коммутаторы местной связи используются для связи абонентов в пределах небольших станций и учреждений.
Наибольшее применение на междугородных телефонных станциях МПС нашел коммутатор типа М-60, рассчитанный на включение шести междугородных линий. На сетях местной связи МПС коммутаторы почти повсеместно заменены автоматическими телефонными станциями.
Специальные коммутаторы оперативно-технологической связи предназначены для организации различных видов технологической связи: постанционной, ПГС, МЖС, энергодиспетчерской и т.д. В отдельную группу выделяются коммутаторы оперативной (директорской) связи, предназначенные для обеспечения связи руководителей предприятий.
Коммутаторы всех видов различают по числу включенных номеров на коммутаторы малой емкости (до 10 номеров) и большой емкости (до 100 номеров). По конструкции коммутаторы делятся на напольные, настольные и настенные.
По принципу питания микрофонов абонентских линий различают коммутаторы с местной батареей (МБ) и центральной батареей (ЦБ), а по способу установления соединений — шнурового и бесшнурового типов. В применяемых на железнодорожном транспорте коммутаторах местной и междугородной связи, как правило, используется шнуровой способ установления соединений, а в коммутаторах оперативно-технологической связи — бесшнуровой способ установления соединений с помощью ключей и кнопок. Принцип работы коммутатора рассмотрим на примере коммутатора шнурового типа (рис. 16.5). Схема коммутатора содержит три основные группы приборов: приборы комплектов абонентских линий (АЛ) и соединительных линий (СЛ), приборы шнуровых пар и приборы рабочего места телефонистки. Комплекты АЛ служат для подключения телефонных аппаратов абонентов. Комплекты СЛ служат для подключения соединительных линий от АТС и других коммутаторов. В состав комплектов АЛ и СЛ входят реле, вызывные лампы ВЛ и соединительные гнезда СГ. Число комплектов определяется емкостью коммутатора.
Приборы шнуровой пары предназначены для установления соединения между абонентами, аппараты которых включены в данный коммутатор {ТА1—ТАл}, а также этих абонентов с абонентами, аппараты которых включены в АТС и другие коммутаторы.
На одном коммутаторе в зависимости от его емкости имеется до 18 шнуровых пар. Шнуровые пары составляют опросный ОШ и вызывной ВШ штепселя, отбойные лампы ОЛ1 и ОЛ2, опросно-вызывной ключ ОВК, с помощью которого происходит опрос и посылается вызов абонентам.
Рабочее место телефонистки содержит разговорные (микрофон ВМ и телефон BF) и вызывные приборы. Приборы рабочего места могут быть подключены к любой шнуровой паре соответствующим опросно-вызывным ключом.
Установление соединения на коммутаторе осуществляется следующим образом. При поступлении вызова от абонента загорается вызывная лампа ВЛ. Телефонистка вставляет опросный штепсель ОШ в соединительное гнездо СГ вызывающего абонента и переводит опросно-вызывной ключ ОВК в положение «Опрос», при этом гаснет вызывная лампа ВЛ и абонент подключается к разговорным приборам ВМ и BF рабочего места. Узнав у вызывающего абонента номер вызываемого абонента, телефонистка вставляет вызывной штепсель ВШ шнуровой пары в гнездо СГ требуемого абонента и переводит ключ ОВК в положение «Вызов», подключая тем самым к абонентской линии источник И индукторного тока частотой 25 Гц.
После ответа вызываемого абонента телефонистка переводит ключ ОВК в исходное положение, соединяя абонентов для разговора. По окончании разговора абоненты дают отбой (кладут микротелефонные трубки на аппарат), в результате чего загорается отбойная лампа шнуровой пары ОЛ1 или ОЛ2, и телефонистка вынимает штепселя шнуровой пары из гнезд, разъединяя абонентов.
При вызове абонента, аппарат которого включен в коммутатор другой станции, телефонистка вставляет вызывной штепсель ВИТ в гнездо СГ соединительной линии к данному коммутатору и вызывает телефонистку соседней станции, посылая в линию вызов от индуктора И. Получив вызов, телефонистка другого коммутатора вызывает требуемого абонента и осуществляет соединение. При вызове абонента, аппарат которого включен в АТС, телефонистка вставляет штепсель в гнездо соединительной линии АТС и, получив сигнал «Ответ станции», осуществляет набор номера вызываемого абонента.
Коммутаторы оперативной и оперативно-технологической связи
Для организации работы на станциях создается несколько сетей распорядительной связи. Эти сети организуются отдельно от других телефонных сетей, коммутация абонентов в этих сетях осуществляется с помощью специальных телефонных коммутаторов бесшнурового типа.
Сети станционной оперативно-технологической связи имеют радиальное (рис. 16.6, я) или радиально-узловое (рис. 16.6, б) строение.
При радиальном строении у руководителей на центральном пункте управления ЦПУ устанавливается коммутатор, к которому подключаются индивидуальные абонентские линии (кабельные или воздушные), идущие от абонентских установок АО. Каждой линии на коммутаторе соответствуют кнопка или ключ и сигнальная лампочка. У абонентов устанавливаются телефонные аппараты, оснащенные в зависимости от схемы включения различными дополнительными устройствами. В коммутаторах, устанавливаемых у руководителей, предусматривается возможность как индивидуальных вызовов и переговоров, так и циркулярных.
При радиально-узловом построении сети имеется несколько пунктов управления ПУ1…ПУл, соединенных линией связи с центральным пунктом управления ЦПУ. При такой схеме построения сети руководитель ЦПУ может устанавливать связь как с руководителями ПУ1…ПУл, так и с абонентами, аппараты которых включены в коммутаторы, установленные на ПУ.
Для организации станционной связи выпускается несколько типов специальных коммутаторов различной емкости, предназначенных для организации станционной связи, например коммутаторы станционной связи КСС, комплекты станционной связи КАСС и универсальные коммутаторы станционной связи УКСС.
Коммутаторы КСС 20/30 рассчитаны на включение 20 или 30 линий к абонентским установкам и другим коммутаторам станционной связи (рис. 16.7). Схема коммутатора позволяет осуществлять посылку как индивидуального, так и маршрутного вызова, т. е. одновременно нескольким стрелочным постам, объединенным в одну группу. К коммутатору можно подключать усилитель УС, обеспечивающий прием речи от абонентов на громкоговоритель ВА, а передачу речи к ним — через микрофон ВМ.
Кроме коммутаторов КСС, в эксплуатации находится большое число комплектов аппаратуры станционной связи типа КАСС, с помощью которых можно организовать различные виды станционной связи. Применяют аппаратуру типов КАСС-6, КАСС-22, КАСС-53, КАСС-ДСЦ, КАСС-ДЦ, КАСС-ДСП и их модификации, рассчитанные на различное число подключаемых линий связи.
Для организации перегонной связи применяется коммутатор типа КПС2/3, рассчитанный на включение двух линий перегонной связи и трех линий избирательной связи (например, ПДС, ЭДС и СЭМ).
В целях дальнейшего совершенствования станционной оперативно-технологической связи разработан коммутатор технологической связи КТС, выполненный с учетом применения в качестве групповых каналов связи как аналоговых систем передачи (К-24Т), так и цифровых (ИКМ-30, ИКМ-120).
В стативе КТС, входящем в состав коммутатора КТС, могут устанавливаться: до 10 комплектов оперативно-технологической отделенческой связи . до 4 комплектов перегонной связи (ПГС-60 или ПГС-24) . комплект выносного телефонного аппарата . до 33 абонентских активных и пассивных комплектов . комплект соединительных линий с АТС . устройство сопряжения с оборудованием станционной двусторонней парковой связи и с аппаратурой парковой связи громкоговорящего оповещения . до 16 комплектов избирательной связи . до 5 устройств подключения линий ответвления. Входящий в состав коммутатора КТС пульт связи и управления ПСУ используется в качестве переговорного устройства ДСП или любого другого руководителя работ.
Телефонный аппарат «Перегон-КТС» предназначен для организации перегонной связи. Аппарат обеспечивает работу по двух- или четырехпроводным линиям перегонной связи.
Переносное переговорное устройство «Полигон» предназначено для организации временной связи между станцией и местом проведения работ на перегонах. Переговорное устройство позволяет вести переговоры в режиме громкоговорящей связи. При этом уровень приема достаточен для прослушивания вызова голосом с расстояния не менее 10 м.
Коммутаторы оперативной связи. На предприятиях железнодорожного транспорта широкое распространение получили такие разновидности оперативной связи, как директорская связь (служебная связь руководителей железнодорожных предприятий) и оперативная диспетчерская связь внутри предприятий.
Директорская связь организуется с помощью специальных директорских коммутаторов, устанавливаемых в кабинетах руководителей. В эти коммутаторы включаются прямые абонентские линии подчиненных отделов и служб, соединительные линии со столами заказов междугородных станций и АТС, линии от телефонного аппарата секретаря и т.д. У прямых абонентов, линии которых включены в директорские коммутаторы, устанавливаются телефонные аппараты ЦБ. В некоторых типах директорских коммутаторов имеется громкоговорящее переговорное устройство.
Диспетчерская связь внутри предприятий железнодорожного транспорта позволяет диспетчеру в любой момент быстро связаться с одним или несколькими работниками цехов, отделов, постоянно следить за ходом выполнения производственных процессов, передавать оперативные указания абоненту или сразу группе абонентов, связаться по линии междугородной (МТС) или местной (АТС) связи с абонентами других предприятий или учреждений и т.д. Для организации оперативной связи на предприятиях и в учреждениях железнодорожного транспорта широкое применение нашли специальные телефонные установки типа СТУ емкостью от 20 до 50 линий. Кроме СТУ на предприятиях железнодорожного транспорта находят применение и другие коммутаторы оперативной связи типа КД, рассчитанные на 18, 36, 60 и 120 линий . типа «Кристалл», рассчитанные на 70 и 110 линий, и др.
Цифровые телефонные аппараты и коммутаторы
В электронном телефонном аппарате (ТА), так же, как и в электромеханическом, можно выделить несколько основных функциональных блоков: рычажный переключатель (РП) . номеронабиратель (НН) . микрофон (М) . телефон (Т) . противоместная схема. Каждый из этих узлов в том или ином виде присутствует в любом ТА, в том числе и в электронных, бесшнуровых и сотовых телефонах, но их схемотехника намного сложнее, и для построения этих узлов используется современная элементная база. При существующем уровне интегральной технологии вся «начинка» электронного ТА может уместиться в одном корпусе интегральной схемы (ИС). Кроме этого, появляются дополнительные функциональные возможности, которые нельзя было реализовать в электромеханических ТА. На рис. 16.8 показана функциональная схема электронного ТА отечественного производства. На рис. 16.9, 16.10 приведены схемы ТА зарубежного производства с расширенными возможностями.
Рассмотрим принцип действия электронного ТА по функциональной схеме (см. рис. 16.8). При снятии микротелефонной трубки рычажный переключатель РП подключает ТА к абонентской линии, связывающей его с 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 ИС НН (режим готовности к набору номера).
Рис. 1.6 8. Структурная схема ТА отечественного производства
В режиме готовности к набору номера ИС НН вырабатывает сигнал управления импульсным ключом (ИК) и разговорным ключом (РК). Получив эти сигналы, разговорный узел, состоящий из микрофонного и телефонного усилителей и противоместной схемы, с помощью РК подключается к линии и в микротелефонной трубке прослушивается ответ станции. ИК в этот момент находится в разомкнутом (вскрытом) состоянии.
Абонент начинает набор номера. При касании кнопок клавиатуры ИС НН формируется последовательность импульсов, управляющих работой ИК и РК. ИК замыкает линию накоротко и размыкает ее, формируя посылки постоянного тока, управляющие работой АТС. РК отключает разговорный узел от общего провода на время следования посылок набора номера, что устраняет неприятные щелчки в телефоне микротелефонной трубки при наборе номера.
По окончании набора РК вновь подключает разговорный узел и в трубке слышны тональные посылки от АТС, говорящие об окончании установления соединения и поступлении в линию вызываемого абонента посылок вызывного сигнала. При снятии вызываемым абонентом микротелефонной трубки устанавливается соединение между двумя абонентами.
По окончании разговора микротелефонная трубка возвращается на рычаг. РП размыкает цепь и схема ТА переходит в дежурный режим. В дежурном режиме схема питания обеспечивает подпитку микроскопы памяти 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 сигналов вызова АТС.
При поступлении сигнала вызова от АТС вызывное устройство (ВУ) вырабатывает звуковые сигналы, информирующие о вызове другим абонентом. До снятия микротелефонной трубки схема ТА находится в дежурном режиме.
При снятии трубки ИС устанавливается в исходное состояние с той лишь разницей, что вместо сигнала «Ответ станции» (гудка) в микротелефонной трубке слышен голос вызывающего абонента.
При кратковременном нажатии на РП или касании кнопки «Отбой» на наборном поле клавиатуры посредством схемы «Отбой» ТА переводится в исходное состояние. На рис. 16.9 представлена схема ТА с кнопочным номеронабирателем. Принципы и алгоритмы работы ТА выработаны на протяжении сотни лет и останутся такими, вероятно, еще столько же. Однако телефонный аппарат совершенствуется, и его дополнительные (сервисные) возможности непрерывно расширяются и дополняются, позволяя абоненту более эффективно использовать телефонную сеть и экономить свое время и средства.
Телефонные аппараты с расширенными сервисными возможностями (схемы на рис. 16.9, 16.10) имеют английское название «feature-phones».
Рис. 16.10. Структурная схема ТА с функционально-гибким
номеронабирателем
Подобные ТА обладают расширенными возможностями базовых функций: «speech processing» — обработка речи . «dialling» — набор номера . «alerting» — вызов абонента.
За последние несколько лет учрежденческие средства телекоммуникаций претерпели значительные изменения. Это связано с интенсивным развитием и, как следствие, широким распространением современных учрежденческих АТС (мини-АТС и УПАТС). Параллельно развитию коммутационной техники появились новые разработки и в области терминального оборудования оконечных устройств, подключаемых к УАТС и работающих под ее управлением. Такие телефонные аппараты получили название «системных» (или локальных).
Они не имеют непосредственной связи с городскими АТС и подключаются непосредственно к мини-АТС (или УПАТС). Кроме того, особенностью системных аппаратов является возможность работы только с теми УАТС, для которых они разработаны Системный ТА одной фирмы-разработчика чаще всего невозможно подключить к УАТС (или мини-АТС) другой фирмы.
Системные телефонные аппараты можно подразделить на две группы, работающие по аналоговым либо по цифровым линиям связи с УАТС.
1. Телефонные аппараты и той и другой группы имеют дополнительные функциональные возможности, отличающие их от «классических» ТА. Имеют они и несколько конструктивных характеристик, к которым относятся следующие: Функция FLASH (клавиша кратковременного отбоя). С ее помощью имитируется кратковременное нажатие на рычаг аппарата (размыкание линии). Этот искусственный прием — кратковременный отбой — используется как префикс команды для УАТС. Получив от абонента кратковременный отбой, она интерпретирует последующий набор не как номер вызываемого абонента, а как код какой-либо команды, например, поставить вызов на ожидание, переадресовать или вернуть его и т.д.
2. Функция HOLD (удержание линии). После нажатия этой клавиши микротелефонную трубку можно положить на рычаг, а установленное до этого соединение не прервется. Эта функция удобна в случае, когда к одной линии подключено несколько ТА (параллельное включение). Если трубка снята на одном аппарате, а разговор необходимо продолжить с другого, то первый аппарат нажатием клавиши HOLD переводится в режим удержания линии (чаще всего имеется световая индикация нажатия клавиши).
Среди системных телефонных аппаратов появились модели, сочетающие в себе функции «классического» аналогового ТА и мини- АТС. Эти аппараты удобно использовать в небольших офисах (так называемые Small Office Home Office, SOHO), где имеются 2…4 городские линии. В таком случае установка УАТС экономически не оправдана, оптимальным решением является применение многолинейных ТА. Примером такого аппарата являются двухлинейный телефон фирм Northwestern Bell Phones и General Electric. Эти аппараты подключаются к двум аналоговым линиям и выполняют все основные функции «классических» ТА, но, кроме этого, позволяют выполнять и дополнительные функции, одной из которых является конференцсвязь. Одновременное общение по телефону сразу нескольких абонентов — телефонная конференция — удобно во многих случаях. Чаще всего сотрудники учреждений пользуются конференцсвязью для деловых переговоров и консультаций.
