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

 

                                                                                                                              Стр.

 

Введение                                                                                                         3

Основная часть 
1. История развития линий связи                                                              4-5

2. Оптическое волокно

    2.1 Основные сведения                                                                           6-7

    2.2 Разновидность оптического волокна                                              7-8

    2.3 Преимущества и недостатки оптического волокна                          9

3. Волоконно-оптическая система передачи

    3.1 Основные сведения о ВОСП                                                             10

    3.2 Структура и принципы работы ВОСП                                       10-11

    3.3 Принципы классифицирования ВОСП                                       12-14

    3.4 Перспективы и направления развития                                        14-16

Вывод                                                                                                            17

Список использованной литературы                                                         18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

 

 

 

 

 

 

                                                    3

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);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                    4

                          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:

1. силовые (упрочняющие) стержни, воспринимающие на себя продольную нагрузку, на разрыв;
2. заполнители в виде сплошных пластмассовых нитей;
3. армирующие элементы, повышающие стойкость кабеля при механических воздействиях;
4. 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.