.2.5.Микротелефонные трубки
2.5.1. Назначение
Эксплуатационное назначение микротелефонной трубки состоит в том, чтобы дать возможность телефонному абоненту просто и удобно держать одной рукой телефон у уха, а микрофон перед ртом. Это удобство с точки зрения акустических характеристик означает, что слуховая раковина телефона должна быть плотно прижата к уху, а центр ее излучающего отверстия должен совпадать с центром слухового прохода уха. При этом центр микрофона должен располагаться перед ртом по оси излучения звуков на минимально возможном расстоянии. Удаление микрофона от рта говорящего приводит к потерям мощности на передаче. Сложность проблемы состоит в том, что телефонные аппараты являются устройствами общего пользования в том смысле, что любым аппаратом могут пользоваться самые различные люди с их индивидуальными размерами головы. В связи с этим становится очевидным, что никакая конкретная микротелефонная трубка не может обеспечить оптимальные условия для всех людей и необходимы усредненные данные, на основе которых могут быть приняты компромиссные в разумных пределах решения.
2.5.2. Основные параметры
В результате многочисленных (до 4000) обмеров голов людей в рекомендациях МККТТ [8] приводятся данные, позволяющие конструировать микротелефонные трубки, удовлетворяющие требованиям удобства пользования ими различными людьми. Рисунок 2.4 иллюстрирует способ определения основных размеров микротелефонной трубки.
На рисунке в качестве исходной принимается точка О, лежащая в плоскости слуховой раковины телефона XX на оси, проходящей через центр слухового отверстия УУ
Рис. 6.4. К способу определения предпочтительных размеров микротелефонной трубки
Область, ограниченная эллипсом с центром С, соответствует точкам расположения центра рта для 80% обследованных. Допуская равновероятное распределение размеров головы, можно принять, что остальные 20% распределяются примерно по 5% в каждом направлении осей эллипса. Поэтому, если поверхность амбушюра микрофона будет едва касаться эллипса, такая микротелефонная трубка будет удобной для 95% всех людей. Вместе с тем поверхность амбушюра не должна отстоять от эллипса более чем на 5 мм с целью недопущения излишних, потерь мощности на передаче.
При конструировании микротелефонных трубок важно также обеспечить минимально возможную передачу звуковой анергии по акустическому каналу (трубке), соединяющему узлы крепления микрофона и телефона.
.2.6.Частотные характеристики передачи и приема та
Рассматривая частотную характеристику тракта телефонной передачи с точки-зрения искажений речевого сигнала, можно прийти к заключению, что на участке от губ говорящего до уха слушающего во всем диапазоне передаваемых частот она должна представлять собой прямую, проходящую параллельно оси частот. Такое заключение представляется на первый взгляд не только логически обоснованным, но и единственно правильным, так как отсутствие частотных искажений действительно создает условия неискаженной передачи спектра речи. Однако частотную характеристику тракта телефонной передачи нельзя рассматривать в отрыве от уровней передачи и приема и тем более от субъектов, ведущих телефонный разговор. Если при этом интересоваться, например, разборчивостью, которую должен обеспечить такой тракт, то следует учесть и мощность микрофона как передатчика, и чувствительность телефона как приемника, величины которых являются ограниченными и фиксированными для данного конкретного тракта. Следует также учесть физические и физиологические свойства речи и слуха, такие как спектральный состав речи,—относительная важность отдельных частотных полос речевого спектра с точки зрения разборчивости, частотная зависимость чувствительности слуха, порог слуха. Тогда для достижения максимальной разборчивости в тракте с ограниченной мощностью и с учетом указанных свойств речи и слуха необходимо, как показывают расчеты [9], отказаться от равномерной частотной характеристики, т. е. от равномерного распределения мощности в рабочем диапазоне частот. Иными словами, для достижения максимально возможной для данного тракта разборчивости следует идти именно по пути искажения спектра речи.
Что касается естественности звучания голоса собеседника, то здесь также следует отказаться от равномерной частотной характеристики, учитывая, что в условиях обычного общения людей (по воздуху) имеет место подъем характеристики в области средних и высоких частот за счет искажений, вносимых головой слушающего в звуковом поле.
Частотная характеристика тракта телефонной передачи определяется частотными характеристиками коэффициентов передачи и приема ТА, абонентских и соединительных линий, а также частотными характеристиками каналов систем передачи. Очевидно, что в коммутируемой телефонной сети могут иметь место всевозможные сочетания перечисленных характеристик, в результате чего каждое конкретное соединение будет иметь только ему присущую результирующую частотную характеристику.
В целях ограничения потерь и пределов разброса частотных характеристик тракты телефонной передачи строго регламентируются общесоюзными нормами на типы кабелей связи для абонентских и соединительных линий и их допустимые длины, на частотные искажения каналов систем передачи, а также на коэффициенты передачи и приема ТА и их электроакустических преобразователей.
Коэффициентом передачи ТА называется отношение действующего напряжения, развиваемого испытуемым ТА на станционных зажимах питающего комплекта, нагруженных на активное сопротивление 600 Ом, к действующему значению звукового давления, устанавливаемому на расстоянии 3,5 см от излучателя ИР по его оси в отсутствие микротелефонной трубки в поле ИР при звуковом возбуждении микрофона в микротелефонной трубке.
Коэффициентом приема ТА называется отношение действующего эффективного значения звукового давления, развиваемого телефоном ТА в камере ИУ, к действующему напряжению, приложенному к станционным зажимам питающего комплекта с последовательно подключенным активным сопротивлением 600 Ом.
Частотные характеристики коэффициентов передачи и приема ТА определяются в основном соответствующими характеристиками электроакустических преобразователей — микрофона и телефона. Это объясняется тем, что при проектировании разговорных схем ТА стремятся свести к минимуму их частотные искажения.
Как отмечалось выше, частотные характеристики ТА определяются и нормируются с учетом параметров тракта, речевых и слуховых характеристик, а также акустических условий окружающей среды. При этом с учетом допусков технологического разброса частотных характеристик коэффициентов передачи и приема в процессе производства электроакустических преобразователей и ТА в целом задается допусковая область, в которую должны укладываться соответствующие характеристики,
На рис. 2.5 приведены допусковые области частотных характеристик коэффициентов передачи и приема ТА общего применения, которые тождественны частотным характеристикам чувствительности микрофонов и телефонов [7,10]. Значения, отложенные по оси ординат, являются относительными и характеризуют лишь степень допустимой неравномерности частотных характеристик.
Рис. 2.5. Допусковые области частотных характеристик передачи (а) и приема (б)
Допусковая область частотной характеристики коэффициента передачи ТА, в том виде как она представлена на рис. 2.5, была установлена в свое время исключительно для угольных микрофонов. Для современных ТА допусковую область частотной характеристики со столь широкими пределами неравномерности уже нельзя считать удовлетворительной. Действительно, как это видно из рис. 2.5 частотная характеристика коэффициента передачи ТА, укладывающаяся в допусковую область, может иметь среднюю крутизну от +15 дБ (штриховая линия) до —5 дБ (штрихпунктирная линия) со всеми промежуточными значениями в диапазоне частот 0,3—3,4 кГц. Что касается хода частотной характеристики ниже 0,3 и выше 3,4 кГц, то он вообще никак не регламентирован. Очевидно, что с учетом изложенных общих требований к частотным характеристикам коэффициента передачи ТА допусковая область, приведенная на рис. 2.5 не обеспечивает ее оптимальности. Все это в равной степени относится и к допусковой области частотной характеристики коэффициента приема ТА, которая была установлена для электромагнитных телефонов, с простой магнитной системой также с учетом достигнутого промышленностью технического уровня. Из рис. 2.5 видно, что частотная характеристика коэффициента приема, отвечающая своей допусковой области, может иметь среднюю крутизну в пределах ±12,5 дБ со всеми промежуточными значениями в диапазоне частот 0,3—3,4 кГц. Допустимые значения коэффициента приема ниже 0,3 и выше 3,4 кГц здесь также не регламентированы.
Отсутствие ограничительных требований к частотным характеристикам коэффициентов передачи и приема ТА дает возможность разработчикам микрофонных и телефонных капсюлей для ТА общего применения существенно расширять рабочую полосу частот (0,3—3,4 кГц) в области как нижних, так и верхних частот.
Может показаться парадоксальным, но такое расширение полосы передаваемых (принимаемых) частот ТА общего применения не только не приводит к улучшению качества передачи речи, но в определенных условиях приводит к его ухудшению. Современные телефонные сети, в том числе местные, широко используют аппаратуру систем передачи, канальные фильтры которых ограничивают полосу передаваемых частот пределами 0,3—3,4 кГц. Поэтому речевой сигнал, доведенный до уха абонента, в лучшем случае будет ограничен этим частотным диапазоном. Отсюда следует принципиальная бесполезность расширения рабочей полосы частот ТА общего применения [11].
Что касается ухудшения качества передачи вследствие расширения рабочей полосы частот ТА, то оно проявляется во взаимодействии с электрическими шумами цепи и акустическими шумами помещений. Механизм возникновения этих ухудшений достаточно прост. Расширение полосы воспроизводимых телефоном частот охватывает более широкий частотный диапазон шумов цепи, и, следовательно, громкость и маскирующее действие последних усиливаются. То же происходит и при воздействии акустических шумов через микрофон и цепь местного эффекта. Особенно сильно влияние дополнительной маскировки проявляется при расширении полосы воспроизводимых микрофоном и телефоном частот ниже 0,3 кГц. Это становится очевидным, если иметь в виду низкочастотный характер акустических шумов помещений, электрических шумов оконечных автоматических телефонных станций и шумов абонентских линий.