Устройство обработки звуковых сигналов
Федеральное агентство Российской Федерации по связи и информатизации.
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования.
«Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики».
Реферат по основам инфокоммуникационных технологий на тему:
«Устройство обработки звуковых сигналов»
Выполнил: студент I курса, МРМ, РС-41,
Монгуш.С.Я.
Проверил: Катунин Г.П.
Новосибирск, 2014г.
Содержание
Введение
Основная часть
1. История развития линий связи
2. Оптическое волокно
2.1 Основные сведения
2.2 Разновидность оптического
2.3 Преимущества и недостатки оптического
волокна
3. Волоконно-оптическая система передачи
3.1 Основные сведения о ВОСП
3.2 Структура и принципы работы ВОСП
3.3 Принципы классифицирования ВОСП
3.4 Перспективы и направления развития
Вывод
Список
использованной литературы
2
Введение
Устройство по обработке звука (звуковая карта) – это периферийное устройство, которое ещё несколько лет назад считалось экзотическим, а теперь стало почти стандартным и включено в состав основного набора микросхем системных плат. Звуковая карта обеспечивает запись и воспроизведение звуковой информации с качеством не хуже того, который обеспечивает звуковой компакт-диск. Имеет 16-битный стереофонический цифро-аналоговый и аналого-цифровой преобразователи для записи и воспроизведения звуковой информации с цифрового или аналогового носителей и микрофона. Поддерживает функции создания звуковых эффектов для игровых программ. Имеет стандартные выходы для подключения акустической системы компьютера и внешних усилителей звуковых частот.
При применении любых устройств обработки звука, его качество, в принципе может только ухудшаться. Дело в том что они вовсе не решают проблему самого звука, а позволяют звукооператорам и звукорежиссерам нивелировать шероховатости исполнения вокалистов и музыкантов, устранить неточности в звучании музыкальных инструментов, скомпенсировать дефекты, вызванные неправильным выбором оборудования и мест его размещения, а также уменьшить влияние на воспроизведения акустических свойств помещений. Но если, например, вокалист хорош владеет своим голосом и умеет пользоваться микрофоном, то компрессор ему ни к чему.
С научной точки зрения, любое звукотехническое устройство-микрофон, усилитель мощности или акустические системы- это тоже устройства обработки звука. Во-первых, они не идеальны и изменяют амплитуду и фазу сигналов, во вторых, эти изменения на разных частотах происходят по-разному, а в третьих, нелинейные искажения в них приводит к появлению в них новых спектральных составляющих. Кстати первым устройством обработки звука был динамик Leslie, который применялся вместе с электрическим органом Хаммонда в 30-40 годы 20 в и придавал ему «рычащее» звучание.
Классификация устройств обработки звука. Их параметры.
Работа со звуком может осуществляться как цифровом, так и аналоговом виде , а то и вовсе без электроакустического преобразования. В связи с этим, необходимо определиться: а что подразумевается под устройством обработки звука?
Итак мы будем рассматривать программно-аппаратные средства, работающие с электрическими сигналами звуковой частоты( как аналоговом тик и в цифровом) в режиме времени. Прежде чем качественно оценить каждый из способов работы с ними, необходимо разобраться, как и с какой целью осуществляется обработка звуковых сигналов.
Все устройства обработки звука можно достаточно условно разделить на 3 группы:
- устройства, не вносящие в сигнал дополнительных составляющих (аудиопроцессорные блоки);
- устройства, вносящие в сигнал дополнительных составляющие (звуковые эффекты);
- устройства, синтезирующие новые сигналы на основе характеристик исходного сигнала (вокодеры);
Аудиопроцессорные блоки:
К ним относятся блоки задержки, эквалайзеры, кроссоверы компрессоры.
Необходимость в блоках задержках появились в 40-х годах 20-ого века, когда кино стал использоваться стереозвук. Как известно, человек воспринимает звук как совокупность сигналов, поступающих к каждому из ушей. Анализируя задержку поступающей у каждому уху звуковой волны, наш мозг с легкостью определяет местоположение источника звука.
История развития линий связи
Со времен создания первых электрических устройств, не только устройствах связи, в качестве основной составляющей цепи были соединительные проводники. В устройствах связи таковые называют линиями передачи или линиями связи. Они возникли одновременно с появлением первого электрического телеграфа и были кабельными. Однако последующее применение выявило ряд недостатков в плане конструкции при использовании подземных линий связи, поэтому инженеры предприняли попытку воздушной прокладки линий передач, и их попытка обвенчалась успехом. В 1854 году была построена самая протяженная линия связи между Петербургом и Варшавой. Больше чем через сто лет была построена воздушная телеграфная линия протяженностью в 10 тысяч километров и соединяла она Петербург и Владивосток.
Создание первых кабельных линий связано
с именем выдающегося русского ученого
П.Л. Шиллинга. В 1812 году он продемонстрировал
взрыв морских мин и использовал для этого
созданный для этой цели изолированный
проводник.
При последующем развитии была усовершенствована
конструкция проводниковых кабелей. Но
и сама наука не стояла на месте, и человечество
в конце 19 века познакомилось с первым
устройством телефонной связи. Её принцип
был предложен американским ученым, профессором
Бостонского университета Александром
Беллом в 1876 году. Через несколько лет
в Москве, Петрограде, Риге и Одессе были
построены первые в России телефонные
сети. В 1901 году началась постройка подземной
городской телефонной сети. Первые конструкции
кабелей связи, осуществлявших телефонные
передачи, могли передавать сигнал лишь
на небольшие расстояния. Это были кабели
с воздушно-бумажной изоляцией жил и парной
скруткой. Но в 1901-1902 гг. учеными была предпринята
успешная попытка повышения дальности
за счет включения в цепь катушек индуктивности,
так называемых катушек Пупина, а также
за счет применения токопроводящих жил
с ферримагнитной обмоткой (предложение
Крарупа). Проделанные работы позволили
значительно повысить дальность телеграфной
и телефонной связи.
В 30-е годы XX века ознаменовались стремительным развитием многоканальных систем передачи сигналов. Вследствие чего предпринимались бесконечные попытки расширить спектр частот и увеличить пропускную способность линий передач. Удачные эксперименты приводили к созданию новых типов кабелей, так называемых коаксиальных.
4
Начало производства таковых относят к 1935 году, к моменту появления новейших высококачественных диэлектриков типа эскапона, высокочастотной керамики, полистирола и стирофлекса.
Они позволяли передавать сигналы с частотой до нескольких миллионов герц.
Первая коаксиальная линия телефонирования была проложена в 1936 году и имела небывалый успех. В 1956 году была организована подводная трансатлантическая коаксиальная магистраль для многоканальной телефонной связи.
Казалось бы, что может быть лучше коаксиальных типов кабелей, но наука никогда не стоит на месте в своем стремлении познавать новые границы. И уже в 1965-1967 гг. стали появляться опыте образцы волноводных линий связи для передачи широкополосной информации, а так же криогенные сверхпроводящие кабели с невероятно малым затуханием. С 1970 года активно развернулись работы по созданию световодов и оптических кабелей, использующих видимое и инфракрасное излучение оптического диапазона волн.
Человечество пришло к созданию первых образцов волоконно-оптической системы связи, решающую роль в создании которой сыграло создание волоконного световода. Уже через 10 были разработаны и испытаны в реальных условиях оптические волокна. Основной сферой их применения стала естественно телефония и кабельное телевидение, но также и объектовая связь, вычислительная техника и управление технологическими процессами. Сегодня оптоволоконные системы являются передовыми в научно-техническом прогрессе связи.
5
Оптическое волокно
Основные сведения
Для того чтобы разобраться в принципе действия и в свойствах оптического волокна, для начала следует выделить то явление, без которого подобного волокна не могло существовать. Это свет. Светом называют электромагнитные излучения, воспринимаемые человеческим глазом при длине волны от 0.4 до 0.75 мкм. Но часто ученые-физики относят к этому понятию и невидимые глазу волны, длины которых варьируются между 0.01 и 340 мкм. Сегодня для передачи сигналов используется длина волны, равная 0.85 мкм, которая находится за видимым диапазоном.
Второй составляющей частью этого удивительного изобретения является жила оптоволокна, в качестве которой используется специальное стекло в виде нитей. Главной характеристикой «годного» стекла является степень его прозрачности. Получить сверхчистое стекло впервые удалось в 1970 году американскому инженеру Капрону и его сотрудникам, они сумели изготовить нить, свет в которой ослаблялся в 100 раз при прохождении 1км пути. Дальнейший прогресс привел ученых к созданию сверхчистого кварцевого стекла, в котором при прохождении 1 км, свет ослаблялся всего в 1.05 раза. Этот результат действителен и по сегодняшний день.
Из-за чего может ослабевать свет, проходя по жилам ОК (оптоволокна)? Основными являются две причины:
1. Свет способен рассеиваться и за пределами стеклянной нити
2. Он может поглощаться в нити молекулами примесей, «вредных» для структуры стекла и его оптических свойств.
Для максимального пропускного эффекта свет должен направляться в стекло под необходимым для этого углом. Этот угол зависит от показателей преломления стекла и среды, в которой находится источник света, и находится по известной в оптике формуле. Но не стоит забывать, что в оптоволокне свет направляется в торец стекловолокна, и здесь ситуация несколько иная. Луч света должен падать так, чтобы полностью отражаться от боковой поверхности. Оказывается, что в стеклянных волокнах, показатель преломления которых n ≥ 1.46, все световые лучи, попадающие на торец, направляются вдоль волокна и свет не рассеивается. К таким относятся волокна, выполненные из кварцевого стекла (n=1,46).
Чтобы сохранить оптические свойства волокна в суровых условиях эксплуатации, его делают двухслойным. Стеклянную нить помещают внутрь защитного пластмассового покрытия.
6
Сердцевину волокна, называемую световодом, изготавливают так же в два слоя: внутренний слой образует пропускную жилу, а внешний слой является оболочкой с меньшим показателем преломления, чем у сердцевины. Это выполняется для того, чтобы большая часть световых лучей распространялась внутри сердцевины и как можно меньше просачивалась наружу. Световод, как правило, состоит из кварца, а оболочка может быть кварцевая или полимерная. Первое волокно называется «кварц—кварц», а второе «кварц—полимер. Исходя из физико-оптических характеристик, предпочтение отдается первому. Кварцевое стекло, как отмечалось ранее, имеет наилучшие характеристики для светопровододимости.
Защитное покрытие в свою очередь состоит из кремнеорганического компаунда (СИЭЛ), а затем— из эпоксидакрылата, фторопласта, нейлона, полиэтилена или лака. Общий диаметр волокна составляет 500 - 800 мкм.
Также стоит отметить, что в оптических кабелях кроме оптоволокна, имеются следующие элементы:
- силовые (упрочняющие) стержни, воспринимающие на себя продольную нагрузку, на разрыв;
- заполнители в виде сплошных пластмассовых нитей;
- армирующие элементы, повышающие стойкость кабеля при механических воздействиях;
- наружные защитные оболочки, предохраняющие кабель от проникновения влаги, паров вредных веществ и внешних механических воздействий.
Разновидность оптического волокна
Оптический кабель состоит из скрученных по определенной системе оптических волокон из кварцевого стекла (световодов), заключенных в общую защитную оболочку. При необходимости кабель может содержать силовые (упрочняющие) и демпфирующие элементы.
Существующие ОК по своему назначению могут быть классифицированы на три группы: зоновые, городские и магистральные. В отдельные группы выделяется монтажные, объектовые и подводные ОК.
- Зоновые ОК служат для организации многоканальной связи между областным центром и районами с дальностью связи до 250 км. Используются градиентные волокна с размерами 50/125 мкм. Длина волны 1,3 мкм.
- Городские ОК применяются в качестве соединительных между городскими АТС и узлами связи. Они рассчитаны на короткие расстояния (до 10 км) и большое число каналов. Волокна-градиентные (50/125 мкм). Длина волны 0,85 и 1,3 мкм. Эти линии, как правило, работают без промежуточных линейных регенераторов.
- Магистральные ОК предназначаются для передачи информации на большие расстояния и значительное число каналов. Они должны обладать малыми затуханием и дисперсией и большой информационно-пропускной способностью. Используется одномодовое волокно с размерами сердцевины и оболочки 8/125 мкм. Длина волны от 1,3 до 1,55 мкм.
- Монтажные ОК используются для внутри- и межблочного монтажа аппаратуры. Они выполняются в виде жгутов или плоских лент.
- Объектовые ОК служат для передачи информации внутри объекта. Сюда относятся учрежденческая и видеотелефонная связь, внутренняя сеть кабельного телевидения, а также бортовые информационные системы подвижных объектов (самолет, корабль и др.).
- Подводные ОК предназначаются для осуществления связи через большие водные преграды. Они должны обладать высокой механической прочностью на разрыв и иметь надежные влагостойкие покрытия. Для подводной связи также важно иметь малое затухание и большие длины регенерационных участков.
Существует и другая классификация, связанная с количеством пропускной способности в волокне или с модами. Мода, простыми словами, – луч света, направленный в жилу кабеля.
- Одномодовые ОК. Диаметр такого кабеля составляет от 7 до 10 мкм. Благодаря малому диаметру достигается передача по волокну лишь одной моды электромагнитного излучения, за счёт чего исключается влияние дисперсионных искажений. Скорость передачи сигнала по таким кабелям достигает 100 Гбит/с.
- Многомодовые ОК. Они отличаются от предыдущего типа диаметром
сердцевины, составляющий 50 мкм (в европейском
стандарте) или 62.5 мкм (в североамериканском
и японском стандартах). Из-за большого
диаметра сердцевины по многомодовому волокну распространяется несколько мод излучения — каждая под своим углом, из-за чего импульс света испытывает дисперсионные искажения. Вследствие этого, многомодовые кабели имеют существенный недостаток – значительное ограничение скорости ( до 10
Мбит/с).
8
Для успешной реализации достоинств многомодовых световодов и повышения скорости передачи, ученые предложили делать световоды не ступенчатыми (то есть не со скачкообразным изменением показателей преломления сердцевины и оболочки), а градиентными. Скорость передачи по таким возрастает до 2 Гбит/с.
Преимущества и недостатки оптического волокна
Быстро нарастающая популярность использования оптического волокна в технике связи в 70-е года прошлого столетия и сейчас должная чем-то подкрепляться. Наверное, существуют весомые аргументы, позволившие оптоволокну иметь столь высокий спрос. Давайте выделим основные аргументы в пользу использования ОК:
- Самый весомый аргумент в современном мире, при активном использовании природного сырья, это колоссальная экономия цветных металлов, а в большей степени, меди. А вот запасы кварцевого стекла, для справки, в природе практически не ограничены.
- Не менее актуальной причиной является возможность широкополосной передачи большого потока информации (до 10 тысяч каналов).
- Высокая защищенность от внешних воздействий и переходных помех. ОК не страшны удары молний.
- Доступность использования, потому что ОК имеет малые габаритные размеры и масса, в сравнении с электрическими (в 10 раз меньше).
- Малые потери и соответственно большие длины трансляционных участков (30-70 и 100 км).
- Надежная техника безопасности при эксплуатации (отсутствие искрения и короткого замыкания).
Несмотря на свою привлекательность и безупречность, оптоволокно обладает и парой недостатков:
- Водородная коррозия стекла, приводящая к микротрещинам световода и ухудшению его свойств.
- Подверженность волоконных световодов радиации, за счет которой появляются пятна затемнения и возрастает затухание.
Волоконно-оптическая система передачи
Основные сведения о ВОСП
Одним из основных направлений развития телекоммуникаций является широкое применение волоконно-оптических система передачи (ВОСП), под которыми понимается совокупность активных и пассивных устройств, предназначенных для передачи сообщений на расстояния по оптическим волокнам (ОВ) с помощью оптических волн и сигналов. Иными словами, ВОСП – совокупность оптических устройств и оптических линий передачи, обеспечивающая формирование, обработку и передачу оптических сигналов. Физической средой распространения таких сигналов является оптический кабель и создаваемые на их основе волоконно-оптические линии связи.
Область применения ВОСП не ограничивается передачей любых видов сообщений практически на любые расстояния с наивысшими скоростями, а имеет более широкий спектр: от бортовых систем (кораблей, самолетов и т.п.) до локальных и глобальных телекоммуникационных систем.
Структура и принцип работы ВОСП
Обобщенная
структурная схема ВОСП приведена на рисунке
ниже.
а) Схема тракта передачи в ВОСП:
б) Схема тракта приема в ВОСП:
Основными техническими средствами работы ВОСП являются:
- Каналообразующее оборудование (КОО) тракта передачи, которое обеспечивает формирование конечного числа каналов одного типа или групповых трактов со стандартной шириной полосы пропускания или скоростью передачи.
10
- Оборудование сопряжения (ОС) тракта передачи, без которого невозможно сопряжение многоканального сигнала на выходе из КОО с оптическими параметрами.
- Оптический передатчик (ОПер), обеспечивающий преобразование электрического сигнала в оптический с длиной волны, совпадающей с одним из окон прозрачности (зона наименьшего ослабления сигнала) оптического волокна. Также в состав Опер входят: источник оптического
сигнала (ИОИ) – оптической несущей; согласующее устройство (СУ), необходимое для ввода оптического излучения в волокно ОК с минимальными потерями.
ИОИ и СУ принято объединять в единый блок – передающий оптический модуль (ПОМ). - Оптический кабель, волокна которого (ОВ) служат главной средой пропускания оптического сигнала.
- Оптический ретранслятор (ОР) – обеспечивает компенсацию затухания сигнала в ОВ и коррекцию искажений. ОР могут быть обслуживаемыми или необслуживаемыми и устанавливаются через четко обозначенное расстояние (ретрансляторные участки).
- Оптический приемник (ОПр), обеспечивающий прием оптического излучения и преобразование его в электрический сигнал. ОПр, подобно ОПер на тракте передачи, имеет в своих составных частях СУ и ПОИ – приемник оптического излучения. СУ и ПОИ объединены в общий блок, именуемый приемным оптическим модулем (ПРОМ).
- Оборудование сопряжения (ОС) тракта приема, которое преобразует сигнал на выходе ПРОМ в многоканальный сигнал соответствующего КОО.
- Каналообразующее оборудование (КОО) тракта приема, осуществляющее обратные преобразования многоканального сигнала в сигналы типовых каналов и трактов.
Для модуляции оптической несущей многоканальным электрическим сигналом используют частотную (ЧМ), фазовую (ФМ), амплитудную (АМ), поляризованную (ПМ) модуляции.
Стоит отметить, что при построении ВОСП, наибольшее применение нашла модуляция по интенсивности (МИ) в виду своих особенностей: относительно простые решения при реализации устройств модуляции и демодуляции.
11
Принципы классифицирования ВОСП
Ниже будут представлены различные классификации волоконно-оптических систем передачи на основе найденного материала по заданной теме.
- ВОСП
подразделяется на 2 вида, в зависимости от способа модуляции оптического излучения:
а) волоконно-оптические системы передачи с модуляцией интенсивности оптического излучения и его демодуляцией;
б) с аналоговыми методами модуляции оптического излучения: амплитудной, фазовой, частотной и их комбинациями. - ВОСП
подразделяется по способу организации
связи на:
а) двухволоконную однополосную однокабельную, при которой передача и прием оптических сигналов ведутся по двум оптическим волокнам (ОВ) и осуществляются на одной длине волны;
б) одноволоконную однополосную однокабельную, характеризующаяся использованием одного оптического волокна для передачи сигналов в двух направлениях при одно длине волны; в одноволоконной организации цепи добавляется новый элемент – Оптическое развязывающее устройство (ОРУ), которое поляризует световые волны в волокне.
12
в) одноволоконную двухполосную однокабельную, при которой передача в одном направлении ведется на длине волны ℓ1, а в другом - ℓ2, разделение направлений осуществляет оптический фильтр (ОФ).
- Волоконно-оптические
системы передачи делятся, в зависимости
от способа приема или демодуляции оптического
сигнала, на:
а) с прямой демодуляцией, при котором происходит прямое преобразование оптического излучения в электрический сигнал;
б) когерентные ВОСП, в которых применяется гетеродинное или гомодинное преобразование частоты независимо от синхронной или несинхронной модуляции излучения на промежуточной частоте. - Также
все ВОСП можно подразделить по назначению
и дальности передачи сигнала на:
а) магистральные, предназначенные для передачи сообщений на тысячи километров;
б) зоновые, предназначенные для организации связи в административных пределах протяженностью до 600 км;
в) ВОСП местных сетей, предназначенные для организации межстанционных соединительных линий на городских и сельских телефонных сетях;
г) ВОСП для распределения информации, обеспечивающие связь между вычислительными машинами. - В
зависимости от применяемого каналообразующего
оборудования (КОО), волоконно-оптические
системы передачи делятся на:
а) аналоговые ВОСП (АВОСП) с построением КОО на основе аналоговых методов модуляции параметров гармонической несущей частоты или параметров периодической последовательности импульсов;
б) цифровые ВОСП (ЦВОСП) с построение КОО на основе импульсно-кодовой модуляции, дельта модуляции и их разновидностей. - По методам
уплотнения оптического волокна ВОСП
подразделяют на:
а) ВОСП со спектральным уплотнением или мультиплексированием с разделением длин волн, при котором по одному ОВ передается сразу несколько спектрально разделенных оптических несущих; применяя данный метод, удается организовать несколько широкополосных оптических каналов по одному ОВ;
13
б) ВОСП с частотным или гетеродинным уплотнителем, в системах которых исходным многоканальным сигналам различных источников в линейных трактах отводятся определенные полосы частот. В таких системах для получения группового линейного сигнала необходимы близко расположенные оптические несущие.
в) ЦВОСП с временным уплотнителем, при котором несколько информационных потоков объединяются в один, но для передачи каждого потока в ОВ отводится свой временной интервал. Однако в таких системах скорость передачи или широкополосность ограничивается дисперсионными свойствами ОВ.
Перспективы и направления развития
С появлением на свет первых оптических кабелей, перед развитием науки и техники открылись новые широчайшие просторы человеческой мысли, которая до тех пор ограничивалась материальными ресурсами. ОВ позволило заглянуть за горизонт представляемых человеку возможностей и открыло новые области применения и развития оптических систем.
В целом для оптоволокна можно выделить ряд основных направлений развития, к которому относятся следующие ветви:
- Многоканальные системы передачи информации.
- Локальные и вычислительные сети.
- Системы сбора, хранения и передачи информации.
- Кабельное и цифровое телевидение.
- Развитие системы высоковольтных линий передачи.
- Различные оборудования для мобильных объектов.
В свою очередь многоканальные ВОСП начинают широко использоваться на магистральных и зоновых сетях связи страны, а также для устройства соединительных линий между городскими АТС. Объясняется это большой информационной способностью ОК и их высокой помехозащищенностью. Особенно эффективны и экономичны подводные оптические магистрали.
В последнее время появилось новое направление в развитии волоконно-оптической техники — использование среднего инфракрасного диапазона волн от 2 до 10 мкм. Ожидается, что потери в этом диапазоне не будут превышать 0,02 дБ/км, и как результат этой работы – возможность передачи сигнала на очень дальние расстояние. Также проводятся многочисленные опыты по внедрению новых сверхпрозрачных фтористых стекол с добавками циркония, бария и других примесей.
14
Сегодня уже на подходе результаты в использовании нелинейных оптических явлений, позволяющих импульсу распространяться без изменения формы или с периодической сменой формы в процессе распространения по световоду. Использование подобного явления в световодах позволит существенно увеличить объем передаваемой информации и дальность связи без применения ретрансляторов.

- Устройство, обслуживание и ремонт микроволновых печей и других различных нагревательных бытовых приборов
- Устройство общества и государства Германии в средние века
- Устройство однофазных сварочных трансформаторов
- Устройство перекрытий
- Устройство персонального компьютера
- Устройство персонального компьютера
- Устройство ПК
- Устройство мартеновской печи и принцип ее работы
- Устройство мечети
- Устройство монолитных железобетонных фундаментов зданий и сооружений
- Устройство монолитных полов
- Устройство монолитных полов
- Устройство Нью-Йоркской биржи
- Устройство, оборудование и организация работы хирургических отделений