|
Введение
Человечество за всю свою историю прошло немало испытаний, однако все это было не зря, ведь в итоге были сделаны великие изобретения, которые в корне поменяли не только взгляды людей на многие явления, но и сам уклад жизни. Секреты некоторых из них были утрачены навсегда, другие же – были доведены до совершенства, и по сей день имеют огромное значение для продуктивной работы в различных областях деятельности. Великие изобретения не всегда считались таковыми в момент их создания. Ученых часто воспринимали как мечтателей и выдумщиков, и лишь спустя некоторое время к ним стали относиться с должным уважением. Одним из самых потрясающих открытий стали изобретения передающие звук, потому что вместе с ними человеческий разум одержал величайшую победу над расстоянием
Гипотеза
Насколько стало значимым для развития человечества изобретения,передающие звук.
Цель:
Провести исследование значимости изобретения устройств, передающих звук для развития человечества.
Задачи:
- Изучить способы и средства передачи аналогового и цифрового звука
- Выяснить, как совершенствовалась техника, что было открыто, кто и когда сделал открытия.
- Выяснить, какие новые изобретения появились в наше время.
Этапы проекта
Из истории
Необходимость обеспечения себя «связью на расстоянии» у человечества возникла еще со стародавних времен. У персидского царя Кира [1] в VI веке до нашей эры для этой цели на службе состояло 30 тысяч человек, именуемых «царскими ушами». Располагаясь на вершинах холмов и сторожевых башен в пределах слышимости, они передавали сообщения, предназначенные царю и его приказания. Как свидетельствует греческий историк Диодор Сицилийский[2]
, за день известия по такому телефону передавались на расстояние тридцатидневного перехода.
Во время войны с Цезарем, о продвижении его армии галлы сообщали с помощью расставленных цепочкой крикунов. Эффективность такого способа была налицо: посредством своей «луженой» глотки профессиональные крикуны передавали ценную информацию за день со скоростью около 100 км/ч.. Обычным посыльным для этого требовались недели и даже месяцы. А в средневековых постройках Пскова учёные обнаружили «беспроволочные телефоны» - узкие секретные ходы, проложенные в стенах. С их помощью велись переговоры, передавались и принимались сообщения.
Уже намного позже англичанин Хук придумал устройство, передающее звук посредством натянутой между двумя мембранами бечевки. А французский физик Био изобрёл агрегат, говорить по которому можно было с помощью труб.
|
Что такое звук?
Звук[3] — физическое явление, представляющее собой распространение в виде упругих волн механических колебаний в твёрдой, жидкой или газообразной среде. В узком смысле под звуком имеют в виду колебания в слышимой области частот.
Как и любая волна, звук характеризуется амплитудой[4]
и спектром частот[5]
. Обычный человек способен слышать звуковые колебания в диапазоне частот от 16—20 Гц до 15—20 кГц. Звук ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком; выше: до 1 ГГц, — ультразвуком, от 1 ГГц — гиперзвуком. Громкость звука сложным образом зависит от эффективного звукового давления, частоты и формы колебаний, а высота звука - не только от частоты, но и от величины звукового давления.
Среди слышимых звуков следует особо выделить фонетические, речевые звуки и фонемы (из которых состоит устная речь) и музыкальные звуки (из которых состоит музыка). Музыкальные звуки и звуки содержат не один, а несколько тонов, а иногда и шумовые компоненты в широком диапазоне частот.
Различают продольные и поперечные звуковые волны в зависимости от соотношения направления распространения волны и направления механических колебаний частиц среды распространения.
|
Аналоговый звук
Графический вид аналогового сигнала (колебания) изображен на Рис.1. Он из себя представляет непрерывно меняющуюся амплитуду по оси времени. Если характер изменения амплитуды через некоторое время повторяется, говорят о периоде повторения, который обозначается как Т. Длительная во времени последовательность повторяющихся периодов колебания формируют сигнал определенной частоты – f, имеющей размерность герц (Гц). Частота сигнала связана с периодом повторения следующей зависимостью f = 1/T .
Колебания в нашей электрической сети имеют частоту 50 гц , период этих колебаний составляет 0,02 сек. Колебания звука частотой 1000 гц имеют период 0,001 сек (1 миллисекунда).
Этот рисунок дает нам временное представление сигнала. Для анализа сигналов более полное представление дает частотное представление, которое принято называть спектром сигналов
На следующем рисунке представлен спектр сигналов для двух сигналов – один сигнал частотой 50 гц и амплитудой 220 вольт, второй - частотой 1000 гц и амплитудой 10 вольт. Такой спектр (в виде одной палочки по оси частот) имеют колебания одной частоты с одинаковой амплитудой от периода к периоду
Звук, издаваемый человеком, имеет переменную громкость (амплитуду) и меняется по частоте. У такого звука спектр будет иметь сложную структуру (Рис.3.). Женский голос будет состоять из множества частот, группирующихся в районе частоты 15000 гц. Мужской голос будет состоять из множества частот, группирующихся в районе частоты 8000 гц., т.е. ниже по оси частот. Набор частот (в данном случае звуков голоса) принято называть спектром, а разница между наивысшей частотой в спектре и наинизшей называется ширина спектра и обозначается как Δf
Характеристики аналогового звука: – значение амплитуды (А), значение частоты (f), ширина спектра Δf , время существования колебаний (t).
|
Передача
Изобретения
Телефон, наверное, основное средство связи начала ХХ века, родился значительно позже своего предшественника телеграфа. Уже тогда, когда телеграф стал основным, не считая почты, средством связи и передачи информации.
Между тем многие изобретатели мечтали о более совершенном и коммуникабельном способе связи, с помощью которого можно было бы передавать на любые расстояния живой звук человеческой речи или музыку.
Первые эксперименты в этом направлении предпринял в 1837 году американский физик Пейдж. Суть опытов Пейджа была очень проста.
Он собрал электрическую цепь, в которую входили камертон, электромагнит и гальванические элементы. Во время своих колебаний камертон быстро размыкал и замыкал цепь. Этот прерывистый ток передавался на электромагнит, который так же быстро притягивал и отпускал тонкий стальной стержень. В результате этих колебаний стержень производил поющий звук, подобный тому, который издавал камертон. Таким образом, Пейдж показал, что передавать звук с помощью электрического тока в принципе возможно, надо только создать более совершенные передающее и принимающее устройства.
Следующий важный этап в развитии телефонии связан с именем английского изобретателя Рейса. Еще в студенческие годы Рейс заинтересовался проблемой передачи звука на расстояние при помощи электрического тока. К 1860 году он сконструировал до десятка различных устройств.
Прошло еще 15 лет, прежде чем шотландский изобретатель Александр Белл нашел более совершенный способ преобразования звуков в электрические сигналы. Первые его эксперименты повторяли работы Пейджа.
Летом 1875 года Белл и его помощник Томас Ватсон сделали установку, состоявшую из магнитов с подвижными язычками, которые приводились в действие колебаниями тока. В цепь с магнитами включались различные устройства Ватсон и Белл находились в соседних комнатах. Ватсон передавал, а Белл принимал.
Однажды, когда Ватсон нажал на кнопку в конце провода, чтобы привести в действие звонок, испортился контакт, и электромагнит притянул к себе молоточек звонка. Ватсон попытался оттянуть его, вследствие чего вокруг магнита возникли колебания. Движение пружины, произведенной Ватсоном, изменило интенсивность тока и вызвало колебательные движения в пружине противоположной станции в комнате Белла, и провод передал совсем слабый звук первого телефона.
Так, совершенно случайно, Белл обнаружил, что магнит с легким якорем может быть и передатчиком и приемником сигнала. После этого осуществить передачу и воспроизведение звука с помощью электрического тока уже не представляло большого труда.
Чтобы понять, как это происходит, представим себе постоянный магнит и поблизости от него гибкую железную пластину, которая колеблется под действием звуковых волн. Приближаясь к полюсу магнита, она будет усиливать его магнитное поле, а удаляясь от него — ослаблять. Не вдаваясь в подробности, заметим, что причиной этому будет то же явление электромагнитной индукции. В пластине, которая движется в магнитном поле, будет возникать электрический ток; этот ток будет создавать вокруг пластины собственное магнитное поле, которое и будет налагаться на магнитное поле магнита, то усиливая, то ослабляя его.
Теперь поместим на наш воображаемый магнит катушку с проволокой. При колебаниях магнитного поля в катушке будет возникать переменный электрический ток, причем, то в одну, то в другую сторону. Пропуская полученный ток через обмотки другого магнита, мы будем влиять на его магнитное поле, которое тоже будет то возрастать, то убывать, причем в точности повторяя все изменения, происходящие в магнитном поле первого магнита. Если у полюса этого второго, принимающего магнита поместить железную пластинку, она будет то притягиваться к этому магниту под действием усиливающегося магнитного поля, то удаляться от него под влиянием своей упругости и при этом порождать звуковые волны, во всем подобные тем, что привели в колебание первую пластинку.
Собственно, это и произошло при описанных выше обстоятельствах. Роль железной пластины здесь сыграл гибкий якорь магнита. Но это было слишком грубое приспособление, не способное передать многих нюансов звука. Белл стал искать, чем можно его заменить.
Один знакомый врач предложил ему воспользоваться для экспериментов человеческим ухом и раздобыл ему ухо от трупа. Внимательно изучая его строение, Белл установил, что звуковые волны приводят в колебание барабанную перепонку, от которой они передаются на слуховые косточки. Это навело его на мысль сделать тонкую металлическую мембрану, поместить ее рядом с постоянным магнитом и, таким образом, превратить звуковые колебания в электрические.
Прошло несколько месяцев напряженного труда, прежде чем телефон заговорил. Только 10 марта 1876 года Ватсон отчетливо услышал на приемной станции слова Белла: «Мистер Ватсон, пожалуйста, придите сюда, мне нужно с вами поговорить».
Еще раньше, 14 февраля, Белл сделал патентную заявку на свое изобретение. Всего через два часа после него такую же заявку на идентичный аппарат подал другой изобретатель — Илайша Грей. Однако патент был выдан в марте Беллу, поскольку он первый заявил о своем открытии. (Позже Беллу пришлось вести несколько судебных процессов с Греем и другими изобретателями, отстаивая свое первенство).В конце концов, Белл купил у Грея право на эксплуатацию телефона. На выставке в Филадельфии, проходившей в том же году, телефон Белла сделался главным экспонатом. С этого времени, несмотря на то, что первые аппараты были еще очень несовершенны, телефоны стали быстро распространятся.
В августе того же 1876 года в употреблении было уже около 800 телефонов, и спрос на них все увеличивался.
Потребовался труд многих и многих изобретателей, прежде чем телефон превратился в надежное средство связи.
Вообще телефонный аппарат Белла оказался более приспособлен для преобразования волн тока в звуковые волны, чем обратно. Поэтому очень важным в истории телефонии было открытие в 1877 году английским изобретателем Юзом микрофонного эффекта. В своем первоначальном виде микрофон имел следующее устройство.
Между двумя кусками угля, укрепленных на пластине, устанавливался угольный стержень с заостренными концами. Ток от элемента проходил через этот угольный стержень и через обмотку телефона. При встряхивании горизонтальной пластинки, игравшей роль резонатора, угольный стержень смещался. В этот момент уменьшалось его сопротивление току в местах контактов, а это, в свою очередь, производило заметное усиление силы тока в телефоне. Мембрана начинала колебаться с большей амплитудой, отчего первоначальный звук усиливался в несколько раз. Слабое тиканье часов, положенных на подставку, воспринималось в телефоне как очень громкое. Даже ползанье мухи по пластине воспроизводилось в виде вполне заметного шума.
Через несколько лет после изобретения Юза появилось множество различных конструкций микрофонов.
В созданном Эдисоном аппарате телефон и микрофон включались в две отдельные цепи.Источник тока, микрофон и первичная обмотка трансформатора соединены в одну цепь, другая катушка и телефон-приемник — в другую. Принцип работы этого телефона понятен: вследствие колебания мембраны сопротивление в микрофоне постоянно менялось, отчего постоянный ток батареи преобразовывался в пульсирующий. Этот ток подавался на первичную обмотку трансформатора. Во вторичной обмотке индуцировались такие же по форме токи, но более высокого напряжения. Они без труда преодолевали сопротивление проводов и могли передаваться на значительные расстояния. Усовершенствованный таким образом телефон вскоре получил широкое распространение.
В первое время аппараты связывались между собой попарно. Они не имели коммутаторов и звонков. Для вызова абонента к аппарату просто стучали карандашом по мембране. Впоследствии Эдисоном были введены электрические звонки.
В 1877 году появилась первая центральная телефонная станция в Нью-Хей-вене (США). Порядок соединения здесь был таков. Абонент, желавший говорить с каким-либо лицом или учреждением, в абонентной книжке разыскивал нужный номер и звонил на центральную станцию. Когда последняя отвечала, он сообщал нужный ему номер, и, если этот номер был не занят, оператор соединял его с требуемым лицом с помощью специальных штекеров и сообщал ему, что соединение готово. После этого абонент обращался уже к соединенному с ним лицу. По окончании разговора их разъединяли.
Современники очень быстро оценили удобства, которые давал телефон. Вскоре телефонные станции были построены во всех крупных городах. Одновременно рос спрос на телефонные аппараты. В 1879 году Белл создал свою фирму по производству телефонов, превратившуюся вскоре в мощный концерн.
Усовершенствованием телефонных устройств занялось множество других изобретателей, и к 1900 году в этой области было выдано более 3 тысяч патентов. Из них можно отметить микрофон, сконструированный русскими инженерами М. Махальским (1878 г.) и независимо от него П. Голубицким (1883 г.) , а также первую автоматическую станцию на 10000 номеров С. М. Апостолова (1894 г.) и первую АТС шаговой системы на 1000 номеров С. И. Бердичевского (1896 г.) .
Как телефон, так и телеграф приобрели статус неприкосновенных. Ни войны, не революции не могли помешать их нормальному функционированию. «Алле, Смольный». «Алее, Зимний». Любимым занятием военоначальников красной и белой армий во время Гражданской войны в России было переругивается по телеграфу. Можно для начала посмотреть рассказы Андрея Платонова о гражданской войне.
В двадцатых годах прошлого века телефонные станции, обслуживающиеся телефонистками, постепенно вытесняются автоматическими телефонными станциями, сокращенно АТС. В 1956 году прокладывается первый телефонный трансатлантический кабель ТАТ-1. Он соединил Шотландию и Канаду. После этого было проложено более 100 000 километров телефонных трансатлантических кабелей, в число которых вошел знаменитый специальный правительственный провод Москва – Вашингтон, по которому могли общаться только руководитель СССР и американский президент.
About these ads
|
Хранение
Изобретения
Гра̀мпласти́нка (граммофонная пластинка, чаще просто пластинка; жарг. пласт, винил, диск, плита от польск. płyta) — аналоговый носитель звуковой информации — диск, на одной или на обеих сторонах которого тем или иным методом нанесена непрерывная извилистая канавка (дорожка), форма которой (глубина и ширина) модулирована звуковой волной.
Для «проигрывания» (извлечения звука) с грампластинок используются специально предназначенные для этой цели аппараты: граммофоны, патефоны, в дальнейшем электрофоны и электропроигрыватели.
При движении по дорожке грампластинки игла проигрывателя начинает вибрировать (поскольку форма дорожки неравномерна в плоскости пластинки вдоль её радиуса и перпендикулярно направлению движения иглы, и зависит от записанного сигнала). При вибрации пьезоэлектрический материал иглы (либо электромагнитная катушка звукоснимателя) вырабатывает электрический сигнал, который усиливается усилителем и далее воспроизводится динамиком/динамиками, воспроизводя звук, записанный в студии звукозаписи.
Слова «грампластинка» и «грамзапись» являются сокращениями от «граммофонная пластинка» и «граммофонная запись», хотя сами граммофоны уже давно широко не используются. В конце XIX и на протяжении XX века грампластинка являлась (до вытеснения её в середине 1990-х годов компакт-диском) популярнейшим средством распространения аудиозаписей, недорогим и доступным.
Главным достоинством грампластинки являлось удобство массового тиражирования путём горячей прессовки, кроме того, грампластинки не подвержены действию электрических и магнитных полей. Недостатками грампластинки являются подверженность температурным изменениям и влажности, а также свойство пластинок при постоянном использовании изнашиваться (терять свои аудиохарактеристики).
Большинство виниловых пластинок являются жёсткими, но встречаются и гибкие, нередко вклеивавшиеся в журналы как звуковое приложение (как пример — приложения («страницы») к советскому журналу «Кругозор») или служащие для записи (на спец. оборудовании) т. н. «звукового письма».
Имеются редкие пластинки-приложения, которые вкладывались в компьютерные журналы в конце 1970-х годов и на которых были записаны компьютерные программы (в дальнейшем, до массового распространения дискет, для этих целей использовались компакт-кассеты). Этот стандарт пластинок назывался Floppy-ROM и на такую гибкую пластинку при скорости вращения 33⅓ оборотов в минуту вмещалось до 4 кБ данных.
Гибкими пластинками также являются записи на старых рентгеновских снимках (см. ниже).
Также ранее выпускались гибкие пластинки-открытки. Такие сувениры отправлялись по почте и содержали, помимо записи, рукописные поздравления. Они встречались двух разных видов:
• Состоявшие из гибкой пластинки прямоугольной или круглой формы с односторонней записью, скреплённой с полиграфической карточкой-основой с отверстием в центре. Как и гибкие пластинки, они имели ограниченный рабочий диапазон частот и время звучания;
• Дорожки пластинки пропечатывались на лаковом слое, покрывающем фотографию или открытку. Качество звука было ещё ниже, чем на гибких грампластинках (и основанных на них открытках), и долго такие пластинки не хранились из-за коробления и пересыхания лака. Но такие пластинки могли быть записаны самим отправителем: существовали рекордеры, увидеть один из которых в работе можно в х/ф «Карнавальная ночь»
Самым примитивным прообразом грампластинки можно считать музыкальную шкатулку, в которой для предварительной записи мелодии используется металлический диск, на который нанесена глубокая спиральная канавка. В определённых местах канавки делаются точечные углубления — ямки, расположение которых соответствует мелодии. При вращении диска, приводимого в движение часовым пружинным механизмом, специальная металлическая игла скользит по канавке и «считывает» последовательность нанесённых точек. Игла скреплена с мембраной, которая при каждом попадании иглы в канавку издаёт звук.
Старейшей грампластинкой в мире теперь считается звукозапись, которая была сделана в 1860 году. Исследователи из группы изучения истории звукозаписи First Sounds обнаружили её 1 марта 2008 года в парижском архиве и смогли проиграть звуковую запись народной песни, сделанную французским изобретателем Эдуардом-Леоном Скоттом де Мартенвилем с помощью устройства, в 1860 году называвшегося им «фоноавтограф». Её протяжённость составляет 10 секунд и представляет собой отрывок из французской народной песни. Фоноавтограф процарапывал звуковые дорожки на листе бумаги, вычерненном дымом от масляной лампы.
Самые первые пластинки имели диаметр 6,89 дюймов и назывались пластинками 7 дюймов или 175 мм. Этот старейший стандарт появился ещё в начале 1890-х годов. Обозначаются такие грампластинки 7″, где ″ — это обозначение диаметра в дюймах. В начале своей эволюции грампластинки имели высокую скорость вращения и большую толщину дорожки, что значительно снижало длительность звучания — всего 2 минуты на одной стороне.
Двусторонними грампластинки стали в 1903 году, благодаря разработкам фирмы «Одеон». В этом же году появились первые 11,89 или 12 дюймовые (12″) грампластинки диаметром 300 мм. До начала 1910-х годов на них выпускали в основном отрывки из произведений музыкальных классиков, так как на них помещалось в общей сложности только до пяти минут звучания.
В конце 1920-х годов произошла первая революция в мире грамзаписи, когда вместо способа записи через рупор стали пользоваться электроакустическим методом — запись через микрофон. За счёт уменьшения искажений частотный диапазон расширился с 150-4000 до 50-10000 Гц.
В 1930-х годах пластинки выпускались по одной композиции на одной стороне, и часто один концерт одного исполнителя продавался комплектом пластинок по несколько штук, часто в картонных, реже в кожаных, коробках. Из-за внешнего сходства таких коробок с фотоальбомами их стали называть record albums или «альбом с записями».
В 1948 году крупнейшая по тем временам и одна из старейших фирм грамзаписи «Columbia» США впервые выпустила так называемую долгоиграющую пластинку или Long Play (LP). Выпуск ДП был продиктован в основном конкурентной борьбой с магнитными аудионосителями, которыми на то время стали магнитофонные ленты в катушках или бобины. Для того, чтобы конкурировать по цене с лентами или не потерять в качестве звучания, был изобретён новый материал — винилат. Долгоиграющие пластинки предназначались для электроакустического воспроизведения с помощью электропроигрывателей, электрофонов, а впоследствии и более компактных радиол. Это изобретение дало возможность значительно расширить полосу записываемых частот от 50 до 16 000 Гц, полностью сохранить тембр звука, а также увеличить динамический диапазон записи до 50-57 дБ, снизить уровень шумов, намного продлить качественное звучание. Появление электрических звукоснимателей, работавших с усилителем, позволило разгрузить иглу и дало возможность сделать её более тонкой, в результате чего уменьшилась ширина канавки и уменьшилась частота вращения диска.
В настоящее время космический аппарат Вояджер-1 несёт на борту грампластинку с записью звуков земной цивилизации вместе с фонографической капсулой и иглой для воспроизведения записи. Выбор такого способа хранения звука продиктован его надёжностью и естественностью. Простота устройства придаёт ему надёжности. Вдобавок, цифровые способы записи и воспроизведения звука (которые не были развиты в 1977 году настолько, чтобы вписаться в задачи программы Вояджер) используют приближения, возможность применения которых продиктована особенностями человеческого слуха (например, относительной инерционностью слуха, неспособностью слышать звуки частотой выше 20 кГц). У гипотетических внеземных существ слух может быть устроен по-другому. И, кроме того, грампластинка является единственным носителем звука, который может быть воспроизведен без помощи электричества.
|
Цифровой звук
Для того чтобы компьютерные системы могли обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую, дискретную форму с помощью временной дискретизации.
Для этого, непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука.
Таким образом, непрерывная зависимость громкости звука от времени A(t) заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность «ступенек».
Для записи аналогового звука и его преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате.
Чем гуще на графике будут располагаться дискретные полоски, тем качественнее в итоге получится воссоздать первоначальный звук
Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. е. частоты дискретизации.
Частота дискретизации звука - это количество измерений громкости звука за одну секунду.
Чем большее количество измерений производится за одну секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее «лесенка» цифрового звукового сигнала повторяет кривую аналогового сигнала.
Каждой «ступеньке» на графике присваивается определенное значение уровня громкости звука. Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний N (градаций), для кодирования которых необходимо определенное количество информации I, которое называется глубиной кодирования звука.
Глубина кодирования звука — это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.
Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитывать по общей формуле N = 2I.
В процессе кодирования каждому уровню громкости звука присваивается свой 16-битовый двоичный код, наименьшему уровню звука будет соответствовать код 0000000000000000, а наибольшему — 1111111111111111.
Качество оцифрованного звука
Итак, чем больше частота дискретизации и глубина кодирования звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука и тем лучше можно приблизить оцифрованный звук к оригинальному звучанию.
Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки (режим «моно»).Но следует помнить, что для улучшения этого звука в телефонии применяются приборы, напоминающие синтезаторы речи и вокодеры.
Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации 48 000 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек (режим «стерео»).
Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла.
|
Передача
Изобретения
ЦИФРОВЫЕ ТЕЛЕФОНЫ
У аналоговой передачи есть свои недостатки, которые особенно существенны, когда один кабель служит общим звеном для большого числа разговорных трактов. Кроме того, затруднена аналоговая передача цифровых сигналов компьютера – их приходится преобразовывать в квазиречевые сигналы.
По этим причинам все шире начинают применяться цифровые телефонные сети. Цифровой телефон подключается к цифровой телефонной линии.
В цифровом телефонном аппарате микросхема преобразует аналоговый речевой сигнал, вырабатываемый электретным микрофоном в частотной полосе шириной 4000 Гц, в цифровой сигнал 64 Кбит/с для передачи по цифровому речевому каналу. Таким образом, аналоговый электрический сигнал с непрерывно изменяющейся интенсивностью заменяется последовательностью кодированных двоичных чисел (битов).
Хотя для цифрового телефона подходит только цифровая телефонная линия, он может быть соединен с аналоговым телефоном, подключенным к сети. Цифровые линии стыкуются с аналоговыми на АТС, где осуществляется преобразование цифровых сигналов в аналоговые и наоборот.
ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ
Сигналы, вырабатываемые абонентской аппаратурой, передаются по проводной, радиорелейной или волоконно-оптической линии на ближайшую АТС. Все АТС, через которые устанавливается соединение с другим абонентом, связаны между собой соединительными линиями передачи с большим числом каналов.
Волоконно-оптические линии. В 1980-х годах появилась новая телефонная подстанция, соединяемая с АТС оптическим кабелем. В ней по двум парам (одна – резервная) стеклянных оптических волокон толщиной с волос передается до 96 одновременных двусторонних переговоров. Дополнительная электронная аппаратура повышает емкость такой подстанции до 768 каналов одновременной цифровой телефонной связи.
Оптический кабель содержит от 2 до 12 стеклянных оптических волокон в плоском формате и 144 – в жгутовом. Каждое волокно имеет на одном конце источник света, а на другом – фотоприемник. Источником света обычно служит полупроводниковый лазер или миниатюрный светодиод. Используется свет инфракрасной части спектра. Лазер преобразует цифровые электрические сигналы в последовательность импульсов инфракрасного света со скоростью следования от 45 млн. до 3,5 млрд. бит/с. Фотоприемник снова преобразует последовательность световых импульсов в цифровой электрический сигнал.
Такой кабель считается «супермагистралью» систем связи, поскольку обладает очень большой информационной пропускной способностью. Если для кабеля с медными проводниками максимальная скорость передачи цифровых данных составляет около 1,5 Мбит/с и необходима регенерация сигнала через каждые 3 км, то оптический кабель способен передавать информацию со скоростью 3,4 Гбит/с при расстоянии между регенераторами, достигающем 70 км. В пересчете на телефонные линии дуплексной (двусторонней) связи частота 1,5 Мбит/с соответствует 24 речевым каналам, а частота 3,4 Гбит/с – 48 384 цифровым речевым каналам.
Соединение абонентов для телефонных переговоров осуществляет посредством коммутационных устройств автоматическая телефонная станция (АТС).
ЭЛЕКТРОННЫЕ АТС.
Коммутационная техника телефонных станций прошла через шесть фаз развития: ручное переключение, панельный коммутатор, шаговый искатель, координатный искатель, аналоговая электронная АТС и цифровая электронная АТС. Последние два вида доминируют в настоящее время в мировом телефонном сетевом трафике. В конце концов, как ожидается, вся телефонная нагрузка будет обслуживаться цифровыми электронными АТС. В более отдаленном будущем, возможно, появятся фотонные АТС.
КОММУТАЦИЯ СОТОВОЙ СВЯЗИ.
В сотовой телефонной связи используется особый вид коммутации. В крупном городе такая связь может осуществляться с помощью 10–20 приемно-передающих антенн. Все они подключены наземными линиями к коммутационной подсистеме, которая может быть либо централизованной, либо распределенной по зоне обслуживания в соответствии с потребностями трафика. Коммутационная подсистема соединяет каждый вызов с АТС обычной телефонной сети. Эта подсистема контролирует операции в сотовой ячейке, осуществляет соединения и разъединения и регистрирует данные вызова для оплаты. Сотовая сеть следит за перемещением телефона абонента, продолжающего телефонный разговор, и определяет, когда следует переключить вызов с одной сотовой ячейки на другую, чтобы не снизилось качество приема и передачи.
HDMI звук
Много современной аудио и видео техники поддерживает вывод звукового канала через интерфейс HDMI.
Устройства, которые поддерживают HDMI: различные совместимые видео, аудио устройства, мониторы компьютеров, видео проекторы, цифровые телевизоры, DVD проигрыватели, HD DVD проигрыватели, персональные компьютеры, различные игровые консоли (Wii U, Play Station 3, Xbox 360), мобильные телефоны и другие устройства.
Основателями данного интерфейса являются компании: Philips, Hitachi, Panasonic, Sony, Silicon Image, Thomson. Производство самого кабеля началось с 2003-го года.
HDMI — расшифровывается как High Definition Multimedia Interface.
Данный интерфейс используется для передачи звука и изображения в цифровом, несжатом формате. Изображение может передаваться как стандартных для ТВ форматов, так и высокого разрешения, как и 3D.
Интерфейс HDMI может также передавать многоканальный звук.
HDMI звук кодируется — TMDS методом.
TMDS — расшифровывается как Transition Minimized Differential Signaling.
Данный алгоритм кодирования основан на алгоритме кодирования 8-ми битных сигналов в 10-ти битный минимизированный код. Этот алгоритм позволяет увеличить качество и скорость передачи сигнала. Также данный метод позволяет передавать HDMI звук по витым парам, вместо более дорогостоящих коаксиальных кабелей.
|
Хранение
Изобретения (Носители цифрового звука)
CD – компакт-диск или оптический диск – болванка 12 см в диаметре, с отверстием в центре. Принцип воспроизведения компакт-диска очень похож на своего предшественника – виниловый диск: информация записывается спиралевидной дорожкой, а затем последовательно считывается, только вместо иглы используется лазерный луч, отсюда ещё одно из устаревших названий этого носителя – «лазерный диск».
Формат цифровых данных компакт-диска представляет собой PCM (импульсно-кодовая модуляция), два канала (стерео) в 16 бит, с частотой дискретизации 44,1 кГц. Объём хранимой информации около 700 Мб или 80 минут аудио-звучания. Спецификация и технология изготовления компакт-дисков была разработана компаниями Sony и Philips еще в 1979 году, но первый именно «музыкальный» CD был выпущен в 1982-м. Легенда гласит, что на нем был записан альбом группы ABBA «The Visitors».
Позднее, в связи с развитием персональных компьютеров, появились CD-ROM – диски для хранения данных, а также диски для записи в домашних условиях: CD-R (Compact Disc Recordable) для однократной записи и CD-RW (Compact Disc ReWritable) для многократной. Следует также вскользь упомянуть о VideoCD и SVCD (Super Video CD), а также о многочисленном семействе DVD-дисков, но все эти устройства и форматы предназначены для хранения и воспроизведения цифрового ВИДЕО, что стоит несколько за рамками темы данной статьи.
Digital Audio Tape (1987)
DATDAT (digital audio tape – цифровая аудио-лента) этот формат записи и воспроизведения был представлен Sony в 1987 году, как видно по названию и фото – это небольшая кассета с плёнкой шириной 4 мм, на которую производится запись не аналогового, а цифрового сигнала, разрядностью 16-бит, PCM, без сжатия, как и у компакт-диска, только частота дискретизации CD строго 44,1 кГц, а DAT может работать с частотами 48; 44,1 или 32 кГц.
Как видно из характеристик, DAT – полностью профессиональный формат записи и хранения цифрового аудио, а возможность повторной записи и легкого копирования данных сделала его «стандартом» для студий звукозаписи. В настоящее время, безусловно, DAT «скинут с пьедестала» более доступными и дешёвыми «компьютерными» носителями HDD и Flash, но до сих пор, в «приличных» студиях у вас без проблем примут материал для мастеринга на DAT-кассетах.
MiniDisc (1992)
MiniDiscMD или MiniDisc – небольшой диск диаметром 6,5 см в пластиковом футляре, защищающем его от внешних воздействий. Мини-диск был анонсирован Sony в 1991 году, и представляет собой магнито-оптический носитель информации, т.е. данные не «прожигаются» лазером, а лишь «намагничиваются», что позволяет многократную перезапись без каких либо потерь качества звучания. Но чудес не бывает, и при гораздо меньшем размере и примерно равном с CD временем звучания, мини-диск использует технологию сжатия аудио-данных ATRAC, т.е. сжатие с потерями (примерно как Mp3). Кроме того технологии «long play» LP2 и LP4 позволяют хранить, соответственно, на одном мини-диске до 2-х и 4-х CD-альбомов.
Однако, из-за удобства использования и мобильности, мини-диск был широко распространён в полу-бытовой\полу-профессиональной сферах. Фонограмму на мини-диск можно легко записать с любого (цифрового или аналогового) носителя. Широкие возможности для редактирования, «подрезки и склейки», запись названий трэков и исполнителей песен. А буферная память в несколько секунд позволяет мгновенно находить нужную дорожку на диске и «не скачет» при воспроизведении, как у некоторых музыкальных центрах на CD. Из-за этих своих возможностей MD в 90-е годы был незаменим в концертной деятельности певцов и музыкантов.
DVD-Audio (2000)
DVD-Audio_Logo_Black
DVD-Audio – цифровой формат записи на DVD-носитель. В силу больших объемов DVD-диска, позволяет хранить и воспроизводить оцифрованную звуковую информацию в очень высоком качестве, вплоть до 24 бит\ 192 кГц и не только стерео-дорожки, но и многоканальную запись в 5.1, что позволяет позиционировать звук в трёхмерном пространстве.
USB flash drive (как аудио-формат, 2004)
USB_Flash_DriveUSB-флешка – накопитель информации, подключаемый к компьютеру или иному считывающему устройству через стандартный порт USB. Компактность, малый вес и большой объём переносимой информации, простота копирования сделали USB-flash очень популярным носителем информации. Однако, из-за ограниченного количества циклов записи-стирания, этот носитель больше подходит только для быстрого обмена музыкальными файлами.
Для долговременного хранения лучше использовать CD\DVD и HDD-диски.
Hi-MD (2004)
Sony_Hi-MDВ январе 2004 года Sony представляет свой усовершенствованый формат, получивший название Hi-MD. Теперь в форм-факторе мини-диска размещается носитель, объемом почти в 1 Гб («старый» мини-диск имел 140 Мб). Теперь на дисках Hi-MD можно хранить до 45 часов музыки со сжатием ATRAC, либо любые «компьютерные» файлы (диск форматируется в FAT-32 и распознается как съемный носитель)
Кстати, поддерживается «обратная совместимость», т.е. Hi-MD-плейер «читает» и воспроизводит «обычные» 74-минутные мини-диски
SlotMusic (2008)
MicroSD_cardSlotMusic – так условно назовем «новый» носитель цифровых аудио-данных. Он пришел к пользователю и меломану в связи с распространением и тотальным удешевлением миниатюрных флеш-карт и вполне может рассматриваться как «сменный носитель» для телефонов и портативных Mp3-плееров. Пальму первенства держит формат microSD, разработанный SanDisk. Sony, как флагман цифровых технологий, и здесь не остается в стороне, но продвигаемый Sony формат Memory Stick менее популярен из-за высокой цены и «закрытости» для сторонних разработчиков.
|
Выводы
Изобретение устройств, передающих звуки на расстояния, помогло решить проблему, волновавшую все научное общество. Такие устройства перевернули мир, внесли значительные вклад в развитии человечества
|
|
