Часть I. Внутрисудовая телефонная связь

1. Общие понятия телефонных установок

1.1. Принципы телефонной связи

Телефонная связь представляет один из наиболее надежных видов связи, предназначенных для передачи по проводам человеческой речи при помощи электрического тока.

Телефонные установки имеют исключительно широкое применение на судах для постоянной связи между архитектурно разобщенными служебными и бытовыми помещениями судна.

С помощью телефонных установок управляют движением судна, режимом работы его механизмов (в дополнение к телеграфам) и осуществляют служебную и обиходную связь между необходимыми постами и помещениями, как во время плавания, так и во время стоянки.

В принципе каждая телефонная установка состоит из трех основных элементов (рис. 1): микрофона М, проводов связи, телефона Т.

Микрофон служит для восприятия и преобразования звука в электрическую энергию.

Телефон предназначен для преобразования поступившей по проводам от микрофона электрической энергии в звуковую. Следовательно, микрофон является преобразователем звуковой энергии в электрическую, а телефон - преобразователем электрической энергии в звуковую.

Конструктивно наиболее распространенный современный микрофон состоит из трех основных частей (рис. 1.2.2): угольной колодки, угольного порошка и мембраны. Питание к микрофону подается от аккумуляторной батареи Б (один полюс к мембране, второй - к угольной колодке через сопротивление R).

Наиболее распространенный телефон (рис. 1.2.3.) состоит из трех основных частей: кольцевого постоянного магнита, двух катушек с обмотками, насаженных на сердечники магнита, и мембраны. Провода связи от микрофона присоединяются к концам обмотки катушек телефона.

Передача звука от угольного микрофона к телефону осуществляется следующим образом: воздействие звука на мембрану микрофона приводит ее в колебание, вследствие чего меняется плотность, а следовательно, и электрическое сопротивление угольного порошка. Изменение сопротивления угольного порошка вызывает в протекающем по проводам связи токе пульсации, которые можно представить себе состоящими из постоянной и переменной составляющих. Переменная составляющая тока, протекая по обмотке катушек телефона, создает переменный магнитный поток, который накладывается на постоянный магнитный поток телефонов и приводит к пульсации результирующий магнитный поток, а следовательно, вызывает колебания мембраны телефона с частотой, равной частоте колебаний мембраны микрофона. В результате телефон воспроизводит переданную микрофоном речь.

1.2. Некоторые сведения из теории связи по проводам

Из математического анализа работы микрофона в линейной цепи следует, что сила переменной слагающей пульсирующего тока микрофонной цепи при одном и том же напряжении пропорциональна отношению приращения сопротивления микрофона к сумме сопротивлений микрофона и линии. Следовательно, условия работы микрофона будут меняться в зависимости от сопротивления линии.

Максимальное значение переменного тока, генерируемого микрофоном, выражается уравнением:

,

где I₀ — постоянный ток, питающий микрофон;

r_м — амплитуда добавочного сопротивления микрофона;

R - сопротивление линии;

R_м — сопротивление микрофона в спокойном состоянии.

Чтобы микрофон мог развить возможно большую силу тока для создания мощности в приемном телефоне, необходимо увеличить или I₀ или множитель .

Т ак как увеличение тока питания микрофона может быть допущено только до определенного предела (из опасения спекаемости микрофонного порошка), то в системах ЦБ увеличивают множитель . Это достигается увеличением r_м, для чего приходится повышать и R_м по сравнению с R. Сопротивление микрофона R_м берется достаточно большим - порядка 300 - 400Ом.

В системах МБ применяют другой способ исключения влияния сопротивления линии на микрофон. Этот способ состоит в том, что в цепь микрофона вместо линии связи включается первичная обмотка трансформатора, имеющая небольшое сопротивление; линия же связи включается во вторичную обмотку, имеющую сравнительно высокое сопротивление.

При этом способе включения микрофона в линию питание его не зависит от линии, а сопротивление берется меньшим, порядка 50Ом..

Очевидно, что и напряжение питающей батареи также снижается.

Капсюль БЭМ-2 может работать в режиме микрофона и в режиме телефона.

Р абота капсюля БЭМ-2 в режиме микрофона. При работе капсюля в режиме микрофона (рис. 1.2.4.) мембрана капсюля приходит в колебание под влиянием переменного звукового давления, вызванного разговором. Так как мембрана при помощи штока жестко связана с якорем, то все колебания ее будут передаваться якорю, который, изменяя свое положение в воздушном зазоре между полюсными наконечниками, меняет величину магнитного потока в якоре.

Магнитный поток в якоре в зависимости от того, к какому полюсу сердечника приближается якорь, будет меняться по величине и направлению.

Так как якорь проходит внутрь катушки, то в обмотке ее будет индуктироваться переменная электродвижущая сила, создающая переменный ток в замкнутой внешней цепи. Величина и частота этого тока зависят от интен­сивности и частоты колебаний мембраны-якоря.

Коэффициент артикуляции, обеспечиваемый таким микрофоном, составляет не менее 80%.

Величины, характеризующие качество передачи по телефонным цепям. Кабельные и воздушные линии обладают четырьмя основными электрическими параметрами или первичными постоянными: активным сопротивлением R, индуктивностью L, емкостью С и проводимостью G изоляции.

По первичным параметрам R, L, С, G и круговой частоте ω = 2π∙f можно определить и вторичные параметры: волновое сопротивление Zo, входное сопротивление, постоянную затухания β и фазовую постоянную α.

Волновое сопротивление определяет отношение между напряжением и током падающей или отраженной волны в любой точке линии. Входное сопротивление линии определяет отношение напряжения к току на входных зажимах линии. Постоянная затухания определяет уменьшение напряжения и тока вдоль линии, вследствие потерь в ней. Постоянная затухания, отнесенная к 1км линии, называется километрическим затуханием.

Фазовая постоянная определяет изменение фазы волны, распространяющейся по линии на единицу длины. Собственное затухание линии равно произведению километрического затухания на длину линии.

С физиологической точки зрения под звуком понимается определенное ощущение, воспринимаемое человеком через органы слуха и нервную систему.

При колебаниях тел возникает звуковое давление. Единицей измерения звукового давления в системе СИ служит Паскаль. Звуковое давление в воздухе изменяется в широких пределах.

Если колебания частиц воздуха происходят в диапазоне частот, воспринимаемых человеческим ухом в виде звука, то они образуют звуковые волны. Пространство, в котором распространяются звуковые волны, называется звуковым полем.

Звуковые колебания представляют собой совокупность целого ряда синусоидальных колебаний и характеризуются амплитудой, частотой и формой кривой колебания. Частота колебания человеческого голоса охватывает диапазон от 80 до 1000Гц. Каждый звук с точки зрения восприятия его органами слуха человека может быть охарактеризован с помощью субъективных свойств слуха: высота и тембр звука, интенсивность (сила) и громкость звука.

Высота звука (или тон звука) определяется частотой звуковых колебаний. Чем больше частота, тем звук выше и наоборот. Человеческое ухо способно воспринимать звуковые колебания от 16 до 20000Гц. Для телефонной связи рекомендуется диапазон частот от 300 до 3400Гц, В этом диапазоне обеспечивается качественная передача человеческой речи.

Тембр звука - это своеобразная окраска звука, вызванная тем, что к частоте основного тона примешаны другие звуковые частоты, называемые обертонами или гармониками. Одни и те же по громкости и высоте звуки могут отличаться по тембру.

Интенсивность (сила) звука характеризуется мощностью звуковых колебаний (измеряется в ваттах), приходящейся на 1м поверхности. Звук одной и той же частоты различают между собой по силе.

Г ромкость звука зависит от его интенсивности, частоты и от субъективных особенностей человеческого слуха. Интенсивность звука - объективная физическая величина. Громкость звука - категория субъективная, обусловлена интенсивностью данного звука. Восприятие ощущений громкости при изменении силы звука от F до F определяется по психофизиологическому закону Лазарева - Вебера - Фехнера:

Минимальное звуковое давление, необходимое для восприятия звука, называется порогом слышимости, а величина, обратная порогу слышимости, - чувствительностью слуха. Для различных тонов чувствительность и порог слышимости неодинаковые.

Высший предел восприятия колебаний в форме звука, при котором ощущение звука переходит в ощущение боли, называется порогом ощущения давления. Порог слышимости и Порог ощущения давления зависит от частоты звука и от субъективных особенностей человека (возраста, состояния нервной системы, утомленности, характера работы и др.). Зависимость силы данного звука от частоты можно представить графиком (рис. 1.2.5).

Качество телефонной связи, передачи речи и акустических условий в судовых помещениях оценивается с помощью разборчивости, т. е. методом артикуляции. Артикуляция бывает буквенная, слоговая, словная. Процентное отношение правильно принятых слов к общему количеству переданных называется коэффициентом артикуляции. Артикуляция ниже 70% считается неудовлетворительной. Качество телефонной связи зависит от качества телефонной аппаратуры, состояния линии передачи и оценивается по уровню передачи.