книги из ГПНТБ / Константинов П.А. Авиационная радиосвязь

тервалов Г а 4 т0, опять отбросим. При этом получим

(4.93) следует, что для рассматриваемой системы связи коэффициент корре­ ляции равен

быть найдена вероятность ошибки. Для этого следует в форму­ лу (4.63) подставить значение коэффициента корреляции,- опре­

когда Ru^ 0, вероятность ошибки для рассматриваемой системы

* См. [12], формула (6.541.3).

1 7 0

связи будет определяться формулой (4.65). Это означает, что при больших Р система связи типа ЧМ—ЧМ будет иметь такую же высокую помехоустойчивость, как и система связи с частот­ ной манипуляцией (высокочастотной).

Высокая помехоустойчивость, а также возможность уплотне­ ния линии связи путем использования различных для каждого канала поднесущих частот, обусловили широкое применение систем связи типа ЧМ—ЧМ. Такие системы используются, на­ пример, в многоканальных радиорелейных линиях, а также в ли­ ниях управления.

Схема: идеального приемника и в данном случае будет сов­

двух каналов этой схемы эквивалентен согласованному фильтру для одного из сигналов.

Система связи типа ФМ—ЧМ

В такой системе связи сигналы их (t) и и> (t) определяются выражениями ( 1 .1 2 )

и2 М) — Umcos (u) t — p cos Q t),

откуда видно, что поднесущее колебание здесь манипулируется по фазе, а несущее колебание модулируется по частоте. По­ скольку в данном случае остается справедливым соотношение (4.86), будет справедливо и равенство (4.84) для энергий сигна­ лов U\ (t), «2 (t) и энергии немодулированного колебания. По­ этому применима формула (4.58). Для коэффициента корреля­ ции имеем

171

Для вычисления второго слагаемого аналогично тому, как это было сде-

Подставляя найденное значение вычисленного интеграла во второе слагаемое равенства (4.95), получим следующее простое выражение для коэффициента корреляции:

Rtt= M 2Р). . ". (4.96)

Видно, что значение коэффициента корреляции зависит от ин­ декса модуляции. При данном Яндексе модуляции, используя (4.96) и (4.63), можно определять вероятность ошибки. Она бу­ дет наименьшей при тех индексах модуляции, которым соответ­

в системе ФМ—ЧМ будет незначительно, менее чем на порядок,

•отличаться от вероятности ошибки в системе ЧМ. Следователь­ но, при больших индексах модуляции в системе ФМ—ЧМ, как

172

ГЛАВА V

НЕПРЕРЫВНЫЕ СООБЩЕНИЯ И СИГНАЛЫ

§ 1. РЕЧЕВЫЕ СООБЩЕНИЯ. ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЧИ И СЛУХА

Во многих случаях передача информации осуществляется при помощи речевых сообщений, составленных из слов и фраз. Слова состоят из комбинации более простых элементов речи — слогов и звуков, характерных для данного языка. Звуки речи сами по себе имеют сложную структуру и состоят из целого ря­ да составляющих звуковых частот.

Следует различать два способа образования звуков речи в речевом аппарате. При первом способе поток воздуха проталки­ вается через голосовые связки, создающие звук, возбуждающий резонансные полости речевого аппарата (рт.а и носа). Этот спо­ соб характерен для гласных звуков (А, У, О и др.). Спектр та­ ких звуков имеет дискретный характер и состоит из основного тона, определяющего высоту голоса, и его гармоник.

При втором способе резонансные полости речевого аппарата возбуждаются воздушным потоком, выдыхаемым из полости рта через щели между небом и языком, зубами и губами. Этому спо­ собу, характерному для глухих согласных и шепотной речи, со­ ответствует сплошной спектр звуков. Частотные спектры звон­ ких согласных звуков (Б, В, Г, Д и др.) занимают промежуточ­ ное положение между спектрами гласных и глухих звуков и представляют комбинацию дискретных и сплошных спектров.

В зависимости от объема и формы резонансных полостей, изменяющихся при разговоре, в спектре звуков образуются об-, ласти концентрации энергии, ' называемые формантами. На рис. 5.1 приведены спектрограммы нескольких звуков. Видно, что огибающая не является плавной кривой, и определение по ней числа формант и их местоположения на оси частот возмож­ но в результате достаточнопроизвольного сглаживания. Можно считать [1.], что у гласных число четковыраженных формант до­ ходит до трех, причем первая форманта находится примерно в диапазоне 300— 1000 гц, вторая — в диапазоне 900—2300 гц, третья — в диапазоне 2200—3500 гц.

Согласные звуки чаще имеют одну форманту, расположен­ ную в области частот выше 1200 гц. Так, для звука «С» она рас-

174

06 MO

30

г) го

10

175 ‘

Таблица 5.1

Вф р а з с X

176

положена около частоты 5000 гц. Максимум спектра в этом слу­ чае получается расплывчатым. Следует отметить, что формант­ ная структура согласных звуков, являющихся часто переходными между гласными звуками, выражена менее резко. В особен­ ности это относится к взрывным согласным звукам (П, Т, К)г длительность которых мала и их формантный рисунок не ус­ певает определиться. Взрывные согласные звуки как бы не имеют собственного формантного рисунка, а представляют то или иное изменение предшествующих или последующих сосед­ них звуков. Указанные звуки являются наиболее короткими, их длительность составляет 20—30 мсек. Это видно из табл. 5.1, в которой приведены длительности звуков русской речи [2].

Длительности разных звуков могут быть существенно раз­ личными. Длительность одних и тех же звуков зависит от их положения в слове. Приблизительно можно считать, что дли­ тельность звуков лежит в пределах 20—300 мсек, причем для гласных звуков в среднем она больше, чем для согласных зву­ ков.

Рис. 5.2. Спектрограммы видимой речи (английская фраза «N oon is the sleepy time of day»)

Форманты характеризуются средней частотой и уровнем. Эти характеристики не остаются постоянными при произношении данного звука различными людьми, но общая структура данно­ го звука при этом сохраняется.

При разговоре органы речевого аппарата непрерывно изме­ няют свое положение, что приводит к непрерывному изменению резонансных полостей. Вследствие этого происходит плавный переход одних формант в другие. Это видно на спектрограмме

«видимой речи», приведенной на рис. 5.2. По оси ординат отло­ жены частоты, по оси абсцисс—время. Запись «видимой речи» может быть получена посредством видеографа (звукового спектрографа), состоящего из набора узкополосных фильтров, полосы которого охватывают весь частотный диапазон речи, фоторегистраторов на выходе каждого фильтра и вращающе­ гося барабана с фотобумагой. Степень потемнения фотобумаги пропорциональна напряжению на выходе данного фильтра.

Спектрограмма «видимой речи» представляет частотно-вре­ менную зависимость и дает представление о динамике речи, т. е. об изменении во времени местоположения формант и их уровней. Это особенно важно для изучения взрывных согласных звуков.

-V'f-I

зВ

3)

4

ш

5) V***

Рис. 5.3. Осциллограммы речи. Запись слов «Плохо звенишь»

На рис. 5.3 приведены осциллограммы некоторых слов и зву­ ков, которые дают представление о временной зависимости на­ пряжений, соответствующих указанным элементам речи. Осцил­ лограммы могут быть использованы для изучения процесса перехода одного звука в другой, для определения длительностей звуков, их уровней и т. п.

178

Уровни звуков речи измеряют в децибелах. При этом в ка­ честве единицы, с которой сравнивают измеряемые звуковые колебания, берут минимальную интенсивность У0 звуко-вых коле­ баний, ощущаемых ухом человека со средним слухом. Эта ин­ тенсивность на средних частотах (600—800) гц примерно равна

и соответствует звуковому давлению

см2

■Интенсивность звука эквивалентна мощности, звуковое давле­ ние — напряжению электрических колебаний.

Величина / 0 называется единицей силы звука. Уровень ко­ лебаний, соответствующий интенсивности / 0 или звуковому дав­ лению Ро, принимается за нулевой. Тогда уровень любого' дру­ гого звукового колебания с интенсивностью / и звуковым дав­ лением Р будет равен

Минимальное изменение уровня звука, которое различает ухо человека, равно одному децибелу, что соответствует изменению интенсивности звука на 26% или изменению звукового давле­ ния на 13%.

Рис. 5.4. Спектр русской речи:

а — спектр русской речи в логарифмическом масштабе (сплошная линия — по данным Быкова, пунктирная линия — по данным ВКИАС); б — спектр русской речи в равномерном масштабе

При разговоре уровни звуков речи изменяются в зависимо­ сти от произносимых звуков и от громкости разговора. Диапа­ зон изменения уровней звуков речи называется динамическим диапазоном речи. Ухо человека не ощущает звуки примерно ни­ же 0 д б . Звуковые колебания слишком большого уровня вызы­ вают болевые ощущения. Граница болевого ощущения лежит примерно в пределах 120— 125 д б .

Уровни различных частотных составляющих речи не одина­ ковы. Зависимость усредненных за длительное время уровней речи от частоты есть спектр речи. На рис. 5.4 приведен спектр