Телефонні (мовні) сигнали
Процес голосоутворення
Голосові зв'язки, стискаючи та відкриваючи голосову щілину, пропускають повітря імпульсами, частота проходження яких називається основним тоном. Частота основного тону лежить у межах від 50...80 Гц (дуже низький голос - бас) до 200...250 Гц (жіночі й дитячі голоси).
Імпульси основного тону містять велика кількість гармонік (до 40), амплітуда яких убуває зі збільшенням частоти зі швидкістю приблизно 12 дб на октаву. Наприклад, амплітуда складової імпульсів основного тону із частотою 100 Гц на 12 дб більше амплітуди її другої гармоніки - 200 Гц, що, у свою чергу, на 12 дб більше відповідної їй другої гармоніки, тобто 400 Гц, а друга гармоніка частоти 400 Гц буде на 12 дб більше складовій із частотою 800 Гц і т.д.
Імпульси повітря зустрічають на своєму шляху систему резонаторів, утворених об’ємами порожнини рота й носоглотки, положенням мови, зубів і губ і різних звуків, що змінюються в процесі проголошення. Проходячи через цю систему резонаторів, одні гармонійної складової імпульсної послідовності основного тону одержують посилення, а інші - ослаблення.
Частота основного тону міняється в значних межах при переході від голосних звуків до згодних, і навпаки.
Посилені області частот називаються формантними областями або просто формантами. Звуки мови відрізняються друг від друга числом формант і їхнє розташування в частотній області. Оскільки форманти значно могутніше інших складових, то вони головним чином і впливають на вухо слухаючого, формуючи звучання того або іншого звуку.
Розбірливість переданої мови залежить від того, яка частина формант доходить до вуха слухаючого без перекручувань і яка спотворилась. Спектральні дослідження окремих звуків російської мови відзначають наявність максимально чотирьох формант із умовними максимумами на частотах 500 Гц (перша форманта), 1500 Гц (друга форманта), 3500 Гц (третя форманта). Важливими є перші одна-дві форманти і виключення з передачі кожної з них викликає перекручування переданого звуку, перетворюючи його в інший звук, або взагалі втрату ознак людської мови. Перші три форманти звуків мови лежать у смузі частот від 300 до 3400 Гц, що й дозволяє вважати цю смугу частот цілком достатньої для забезпечення гарної розбірливості переданої мови, збереження природності звучання й тембру голосу.
Рис. 3 - Спектр формування звука
Отже, ефективно передана смуга частот телефонного сигналу може бути прийнята рівної FГ= 0,3...3,4 кГц.
Сигнали звукового мовлення
Джерелами первинних сигналів звукового мовлення є високоякісні мікрофони. Ці сигнали представляють чергування сигналів різного виду: мови, художнього читання (сполучення мови й музики), вокальних і інструментальних музичних добутків від сольного виконання до симфонічних оркестрів.
Частотний спектр сигналів мовлення займає смугу частот від 15 (звук барабана) до 20 000 Гц. Однак залежно від вимог до якості відтворення ефективно передана смуга частот (ЕПСЧ), що відводиться для передачі сигналів мовлення, може бути значно обмежена. Для досить високої якості відтворення сигналів звукового мовлення його ЕПСЧ повинна становити 50...10 000 Гц. Для одержання бездоганного відтворення програм мовлення смуга частот сигналу мовлення повинна становити 30...15 000 Гц.
Динамічний діапазон сигналу мовлення досить широкий, тому що повинні бути передані сигнали мінімальної потужності (наприклад, шерех листів у тиху літню ніч) і максимальної (наприклад, ревіння моторів лайнера, що злітає), і досягає величини 100...110 дб. Динамічний діапазон мови диктора дорівнює 25...35 дб, художнього читання - 40...50 дб, невеликих вокальних і інструментальних ансамблів - 45...55 дб, симфонічного оркестру - 60...65 дб.
При визначенні динамічного діапазону сигналу мовлення максимальним уважається такий його рівень потужності, імовірність перевищення якого становить 2 %, а мінімальним - рівень, імовірність перевищення якого дорівнює 98 %.
Для якісної передачі сигналів звукового мовлення і їхніх сприйняттів обходяться динамічним діапазоном 65 дб.
Потенційна інформаційна ємність сигналу звукового мовлення при реальних значеннях перешкод залежно від ширини ЭППЧ лежить у межах 140...200 кбіт/с.