SURSE DE SEMNAL

1

CAPITOLUL I

SURSE DE SEMNAL

Comunicaţiile au un spectru extrem de larg, semnalele transmise prin sistemele de comunicaţii

reprezentând convorbiri telefonice, texte (telegrafie, telex), imagini fixe (telegrafie fascimil) sau mobile (TV, videotelefon, videoconferinţe), date şi informaţii de altă natură.

În cazul convorbirilor telefonice, sunetele vocale produse de vocea umană sunt convertite în semnal electric cu ajutorul unor traductoare adecvate, la recepţie având loc procesul invers.

Într-un sistem de comunicaţii preţul de cost este în strânsă legătură cu banda de frecvenţă transmisă iar cunoaşterea caracteristicilor semnalelor transmise, mai ales spectrul acestora, devine esenţială.

I.1 Sunete vocale

Calitatea transmisiei telefonice poate fi apreciată prin câteva caracteristici importante ale sunetului, clasificate în caracteristici obiective şi subiective.

Din punct de vedere tehnic se pune problema transmisiei sunetelor vocale, folosind o bandă minimă, astfel încât la recepţie mesajul primit să fie inteligibil, şi nu reprodus cu maximă fidelitate.

I.1.1 Caracteristici obiective

Frecvenţa f = 1/T [Hz], reprezintă numărul de perioade, cu durata T, ale unei oscilaţii în unitatea de timp (secunda).

Presiunea acustică P se defineşte ca mărimea forţei aplicate pe unitatea de suprafaţă, normală pe direcţia de propagare a undei acustice; se măsoară în N/m2 sau μbar (1 μbar = 0,1 N/m2)

Intensitatea sonoră I reprezintă energia acustică ce străbate în timp de o secundă o suprafaţă de 1 m2, normală pe direcţia de propagare a undei acustice; se măsoară în W/m2.

I.1.2 Caracteristici subiective

1. Pragul de audibilitate reprezintă valoarea minimă a intensităţii sunetului percepută de urechea umană; el variază cu frecvenţa (curbele Fletcher-Munson prezentate în figura 1.1. Mărimea inversă pragului de audibilitate se numeşte sensibilitatea urechii. Valoarea maximă a intensităţii sunetului care poate fi recepţionat de ureche se numeşte prag de durere (figura 1.1).

Capitolul I

2

2. Banda de frecvenţă care poate fi recepţionată de ureche este teoretic cuprinsă între 16 – 20000 Hz pentru o ureche normală. La vârste mai înaintate limita superioară se micşorează.

3. Tăria sunetului Sunetele sunt percepute subiectiv de ureche; cu creşterea intensităţii sunetele sunt percepute mai

puternic pentru o frecvenţă constantă. Dacă frecvenţa variază, pentru intensitate sonoră constantă, tăria sunetului variază conform

graficelor din figura 1.1, trasate în funcţie de frecvenţă pentru diferite valori constante ale tăriei. Legea de percepere a excitaţiilor sonore pentru ureche este de tip logaritmic, adică tăria senzaţiei este în general proporţională cu logaritmul excitaţiei (legea Weber-Fechner).

Pentru aprecierea senzaţiilor auditive s-au introdus noţiunile:

a. Nivelul de intensitate:

0

10 lg [ ]In dBI

= (1.1)

unde I - intensitatea sonoră de măsurat, I0 - intensitatea de referinţă la care se raportează intensitatea de măsurat I. I0 = 10-12 W/m2. b. Nivelul de presiune acustică:

]dB[PPlg20n0

= (1.2)

unde P - presiunea de măsurat, P0 - presiunea de referinţă. P0 = 2,04 10-5 N/m2. I0 şi P0 corespund, prin convenţie internaţională, valorilor pragului de perceptibilitate auditivă a

unui sunet pur cu frecvenţa 1000 Hz, definind nivelul 0 (Fig.1.1). c. Nivelul de tărie:

]foni[I

Ilg10n

0

1000= (1.3)

unde I1000 - intensitatea semnalului etalon cu frecvenţa 1000 Hz care produce aceeaşi tărie ca şi sunetul considerat.

Nivelul tăriei se măsoară în foni. Pentru sunetul cu frecvenţa de 1000 Hz numărul de foni este egal cu cel de decibeli. Experimental (din audiograme) a rezultat o altă unitate de tărie sonul, ce reprezintă

Figura 1.1 Caracteristica de sensibilitate a urechii

SURSE DE SEMNAL

3

tăria unui sunet pur, cu frecvenţa 1000 Hz şi nivelul de 40 dB peste pragul normal de audibilitate. Relaţia dintre unităţile de tărie (son) şi nivelul de tărie (fon) este reprezentată în fig. 1.2.

4.Înălţimea sunetului Înălţimea senzaţiei

sonore nu este proporţională cu frecvenţa sunetului fizic, ci poate descreşte până la 80% din frecvenţa corespunzătoare pentru un nivel de tărie crescut.

Unitatea de înălţime sonoră este melul. Înălţimea de 1000 meli corespunde unui sunet cu frecvenţa de 1000 Hz şi nivelul de presiune de 60 dB. Relaţia dintre înălţimea percepută auditiv şi frecvenţa sursei sonore este prezentată în figura 1.3.

5. Pragul diferenţial de audibilitate (P.d.a) Urechea umană nu simte variaţia nivelului de intensitate sonoră sau variaţia frecvenţei unui sunet

fizic dacă aceste variaţii rămân sub o anumită valoare denumită minim perceptibil. Pragul diferenţial de audibilitate se exprimă astfel prin:

a. Variaţia relativă IIΔ

a

intensităţii sunetului percepută de ureche, denumită prag de diferenţiere a intensităţii sunetelor (la frecvenţele 400-3200 Hz şi niveluri mari nu depăşeşte 1 dB).

b. Variaţia relativă ffΔ

a

frecvenţei tonului percepută de ureche, ce reprezintă pragul de diferenţiere a variaţiei înălţimii tonurilor. Pentru niveluri mai mari de 40 dB şi frecvenţe peste 1000 Hz, acest prag poate atinge 0.3%.

6. Timbrul reprezintă carac-teristica sunetului ce permite

Figura 1.2 Relaţiile dintre soni şi foni

Figura 1.3 Ilustrarea relaţiei înălţime-frecvenţă

Capitolul I

4

organului auditiv să deosebească sunetele produse de surse diferite şi este determinat de numărul şi nivelul armonicelor unui sunet. În figura 1.4 sunt reprezentate comparativ spectrele de frecvenţă ale aceleeaşi note, emise de o vioară şi de un pian (la vioară - cutia de rezonanţă mai mică favorizează sunetele înalte).

7. Minimul perceptibil în durată a emisiei sonore Sunetele pure emise nu sunt bine auzite dacă durata lor este mai mică de 60 ms. Urechea poate însă

percepe diferenţe de durată între sunete până la 10 ms. După încetarea excitaţiei sonore, senzaţia persistă încă un interval de 0.05-0.07 secunde.

I.1.3 Caracteristici tehnice

Prin voce înţelegem sunetele emise de organul vocal uman, format din corzile vocale şi întreg sistemul asociat de canale, muşchi şi cavităţi. Organul vocal uman poate produce sunete cu diferite tonalităţi, într-un domeniu dinamic larg (45-60 dB), de la şoapte (intensitate sonoră 0,24 pW/cm2 sau 34 dB) până la strigăte (0,24 μW/cm2 sau 94 dB), dinamica medie fiind de 30 dB.

Domeniul spectral al vocii se întinde între 100 şi 8000 Hz. Frecvenţa oscilaţiilor fundamentale în vocea umană este cuprinsă între 80-150 Hz la bărbaţi şi 220-330 Hz la femei şi copii. Vocile muzicale au un interval mai larg. O particularitate interesantă se referă la repartiţia energiei vorbirii în domeniul frecvenţă. Cea mai mare contribuţie (60%) o au frecvenţele joase, sub 500 Hz, iar cea mai mică (sub 2%) frecvenţele înalte, peste 3000 Hz.

Pentru redarea fidelă a vorbirii, la transmisie este necesar un domeniu de frecvenţă de 80 – 12000 Hz. Având în vedere faptul că în SC preţul de cost este direct proporţional cu banda, se pune problema de a realiza o transmisie cu bandă cât mai mică, dar care să fie inteligibilă (să fie recunoscută corect). Astfel, banda poate fi redusă la domeniul 300-3400 Hz.

Calitatea unei transmisii telefonice este apreciată prin noţiunea de inteligibilitate, definită ca numărul de logatomi recepţionaţi corect raportat la numărul total de logatomi transmis.

Figura 1.4 a Spectrul unei note de pian Figura 1.4 b Spectrul unei note de vioară

Figura 1.5 Variaţia inteligibilităţii cu banda transmisă

SURSE DE SEMNAL

5

Logatomii se găsesc în tabele şi reprezintă silabe fără înţeles, compuse din cel puţin 2 consoane, una iniţială şi cealaltă finală, între care se găseşte o vocală.

Vocalele au un spectru larg, 100 – 5000 Hz şi diferă puternic unele de altele în ceea ce priveşte caracteristica de frecvenţă, motiv pentru care recunoaşterea lor nu este afectată de distorsiunile introduse de SC.

Inteligibilitatea este practic determinată de redarea consoanelor, care au un nivel de intensitate mult mai slab decât al vocalelor, iar spectrul lor este mai larg, ajungând până la circa 16000 Hz. Trunchierea frecvenţelor înalte conduce aşadar la scăderea inteligibilităţii.

În figura 1.5 se prezintă variaţia inteligibilităţii, în funcţie de spectrul transmis, determinată prin metoda articulaţiei, folosind logatomi. Se observă că, la limita superioară a domeniului de frecvenţe (3400 Hz), se obţine o inteligibilitate a silabelor de 92%, ceea ce corespunde unei inteligibilităţi a propoziţiilor de circa 99%. Scăderea limitei inferioare a domeniului de frecvenţă sub 300 Hz nu implică o îmbunătăţire a inteligibilităţii.

Spectrul mediu, pe termen lung, al vorbirii, are în general aliura căzătoare cu frecvenţa, reprezentată în figura 1.6 şi diferă de la o limbă la alta. Densitatea spectrală de putere a semnalului telefonic este obţinută empiric ca:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

−++

−+π= 2

22

12

12

1

2ef1

)ff(f1

)ff(f1Vf

)f(S (1.4)

cu f1 = 181,5 Hz; f2 = 475 Hz. Funcţia de autocorelaţie normată a acestui

semnal este:

12

2

1140

( )( ) cos 2(0)

( ) cos 2980

j fRr e fR

r e

π τ

τ

ττ π τ

τ τ

−

−

= =

=

(1.5)

unde

0

( ) ( ) cos 2R S f f dfτ π τ∞

= ∫ (1.6)

şi este reprezentată în figura 1.7.

Privită ca un terminal de transmisiuni de date, urechea umană are următoarele caracteristici:

Figura 1.7 Functia de autocorelatie a vorbirii

Figura 1.6 Densitatea spectrala de putere a vorbirii

Capitolul I

6

Banda de frecvenţă recepţionată: 16 – 20.000 Hz, Număr de nivele ce pot fi distinse: 32 – 1024, Viteza de transmisie a informaţiei: 50 – 200.000 biţi/s.

Menţionăm, în plus, că ea nu este sensibilă la fază, având o funcţionare asemănătoare unui detector de anvelopă, ceea ce ar putea simplifica cerinţele impuse transmisiei.

Parametrii căii telefonice, stabiliţi de CCITT sunt: Banda transmisă: 300 – 3400 Hz, Caracteristica de frecvenţă: standardizată. Raportul S/Z (pentru un circuit de referinţă cu lungimea de 2500 km) S/Z > 50 dB, Timp de propagare t < 150 ms (fără supresoare de ecou)

t < 150 - 400 ms (cu supresoare de ecou).

I.2 Traductoare electroacustice

Traductoarele electroacustice (TE) sunt dispozitive care realizează conversia energiei electrice în energie mecanică sau acustică şi invers. TE sunt reversibile, când pot lucra în ambele sensuri convertind energia electrică în energie acustică şi invers, sau ireversibile. TE pot fi active dacă energia de ieşire este mai mare decât cea de intrare şi pasive în caz contrar.

Telecomunicaţiile în infrastructura lor, de cele mai multe ori complicată, au sarcina să realizeze un schimb de informaţii (date, muzică, convorbiri) între persoane sau calculatoare aflate în locuri diferite. În telefonie, care este o ramură a telecomunicaţiilor ce permite realizarea convorbirilor la distanţă, se folosesc TE denumite microfon şi capsulă telefonică.

Pentru realizarea schimbului de informaţii în condiţii sigure şi economice, TE trebuie să satisfacă următoarele condiţii:

inteligibilitatea silabelor şi cuvintelor cât mai mare, nivel de emisie optim, preţ de cost şi cheltuieli de întreţinere cât mai mici.

I.2.1 Microfoane Microfoanele sunt TE care convertesc energia acustică în energie electrică. Ele sunt caracterizate

prin: 1. Eficacitatea sau sensibilitatea unui microfon, definită ca raportul dintre amplitudinea tensiunii

electrice obţinută la borne, în condiţii precizate, şi amplitudinea presiunii aplicate

]bar/mV[sau]N/Vm[PV

E 2 μ= (1.7)

Se exprimă şi în unităţi relative [dB], faţă de o eficacitate de referinţă de 1 V/μbar (1 μbar = 0,1 N/m2), 2. Impedanţa de ieşire Z0, măsurată în ohmi, 3. Impedanţa pe care e evaluată mărimea eficacităţii, 4. Banda de frecvenţă fI ÷ fS, în care neuniformitatea eficacităţii nu depăşeşte o valoare dată, în dB, 5. Caracteristica de directivitate, definită ca raportul dintre eficacitatea E(θ), corespunzătoare

unghiului de incidenţă θ al undelor sonore şi eficacitatea axială E0, pentru θ = 0.

SURSE DE SEMNAL

7

0E)(E)(D θ

=θ (1.8)

6. Raportul faţă-spate, pentru un microfon directiv, este raportul dintre tensiunea produsă de undele care ajung din partea frontală şi cea dată de undele ce sosesc din spatele lui.

7. Nivelul de zgomot propriu, definit ca raportul dintre tensiunea ez de la ieşirea microfonului, în absenţa semnalului acustic şi tensiunea de referinţă e0.

]dB[ee

lg20N0

z= (1.9)

Din punct de vedere al modului în care microfoanele captează energia sonoră a câmpului acustic, deosebim două categorii:

I. Microfoane cu presiune, având valoarea instantanee a tensiunii generate proporţională cu presiunea sonoră excitatoare;

II. Microfoane cu gradient de presiune, valoarea instantanee a tensiunii generate fiind proporţională cu diferenţa de presiune ce se manifestă între cele două feţe ale membranei.

După principiul de funcţionare distingem: 1. Microfonul cu cărbune, TE ireversibil activ, având la bază fenomenul de variaţie a rezistenţei

electrice de contact a particulelor de cărbune (grafit), în funcţie de presiunea aplicată, 2. Microfonul condensator, TE ireversibil, pasiv, bazat pe variaţia capacităţii unui condensator sub

efectul undelor sonore, 3. Microfonul piezoelectric, TE reversibil, pasiv, bazat pe efectul piezoelectric, 4. Microfonul electrodinamic, TE reversibil, pasiv, funcţionând pe baza fenomenului de inducţie

electromagnetică. Convertirea energiei acustice în energie electrică implică o transformare intermediară, în energie

mecanică. Calitatea sistemului mecanic determină performanţele sale de TE.

I.2.2 Microfonul cu cărbune (MC)

La MC, energia acustică determină intrarea în oscilaţie a unei membrane, care apasă mai slab sau mai tare nişte granule de cărbune, aflate într-un circuit electric. Variaţia presiunii are ca urmare variaţia rezistenţei de contact dintre granule, respectiv cea opusă trecerii curentului electric de către MC.

Vom reprezenta simbolic MC ca o rezistenţă variabilă într-un circuit electric. Această rezistenţă variabilă este simultan element de comandă şi amplificator (figura 1.8). Admiţând o proporţionalitate între variaţiile presiunii şi rezistenţei, avem: R k pΔ = ⋅ Δ (1.10)

Dacă rezistenţa R, parcursă de curentul continuu I0 (curent de repaos), variază cu +ΔR, va apare o cădere de tensiune +ΔU şi o variaţie a curentului -ΔI.

Pentru valorile instantanee ale tensiunii şi curentului, conform legii lui Ohm, sunt valabile relaţiile: 0( )U I R R= + Δ (1.11)

Figura 1.8 Schema MC

Capitolul I

8

0 0 0( )( )U U I I R R+ Δ = − Δ + Δ (1.12)

Mărimile continue precum şi cele alternative, trebuind să fie egale între ele, putem scrie: 0 0 0U R I= (1.13)

0 0( )U I R R I RΔ = −Δ + Δ + Δ (1.14)

I0ΔR poate fi considerat ca tensiunea electromotoare 1 0U I RΔ = Δ (1.15)

Rezultă de aici, pe baza figurii 1.8, că MC este un dipol cu t.e.m. ΔU1 şi rezistenţa internă: 0iR R R= + Δ (1.16)

Pentru o rezistenţă de sarcină Ra, căderea de tensiune la bornele dipolului (figura 1.9b) este: 0U I RΔ = Δ ⋅ (1.17)

Introducând în ecuaţia (1.21) avem: 0 0( ) aI R I R R I RΔ − Δ + Δ = Δ ⋅ (1.18)

a0

0

RRRRI

I+Δ+

Δ=Δ (1.19)

Din ecuaţia (1.15) rezultă că dacă variaţia de rezistenţă ΔR este proporţională cu variaţia de presiune ΔP, atunci şi tensiunea alternativă de mers în gol ΔU1 este proporţională cu ΔP. Din ecuaţia (1.19) rezultă că această concluzie nu este valabilă şi pentru ΔI, deci nici pentru căderea de tensiune alternativă pe Ra. Ca urmare, vor apare distorsiuni.

Pentru menţinerea acestora cât mai mici, în ec. (1.19) trebuie ca ΔR/R0 să fie cât mai mic, iar ΔI să tindă la zero, astfel că ΔU1 ≅ ΔU. Aceasta înseamnă însă un nivel scăzut al semnalului şi deci o sensibilitate redusă. Pe de altă parte, dacă ΔI tinde la zero, nu se poate face adaptarea şi transferul de putere nu va fi maxim. De aceea în proiectare, prin măsuri constructive se adoptă un compromis între sensibilitate şi gradul de distorsiuni. În figura 1.9 este reprezentat un MC.

Membrana, cel mai adesea din aluminiu, este prevăzută la partea inferioară cu o emisferă sau un con, care intră într-o cavitate umplută cu praf de cărbune sau grafit. Această soluţie asigură funcţionarea şi în poziţie orizontală a MC. În faţa membranei se fixează uneori o folie foarte subţire din plastic, cu scopul de a împiedica pătrunderea umezelii în interior.

MC are o sensibilitate ridicată, obţinută pe seama scăderii calităţii sunetului redat. Practic, se admite un coeficient de distorsiuni de până la 25% şi se obţin sensibilităţi între 50 – 150 mV/μbar, pentru domeniul de frecvenţe 100 Hz – 3 kHz.

MC poate transforma energii acustice de ordinul μwatt-ului în energii electrice de ordinul a 0,1 – 1 mW. Se obţine astfel o amplificare mare, fără pretenţii prea mari asupra elementelor de circuit. Pentru

Figura 1.9 Construcţia unui microfon cu cărbune

SURSE DE SEMNAL

9

o presiune sonoră de 10 μbari se obţin, în medie variaţii ale rezistenţei MC de circa 10%. MC s-a impus datorită amplificării proprii mari şi costului său scăzut.

MC, alimentate de la baterie centrală, au o rezistenţă proprie de circa 80-200 ohmi. Cele care funcţionează cu baterie locală au rezistenţa de 8-80 ohmi. Tensiunea lor de zgomot este de ordinul milivoltului. Curentul continuu prin MC este de 40 - 60 mA şi nu trebuie să scadă sub 15mA.

I.2.3 Microfonul condensator Acesta este folosit pentru măsurarea presiunii sonore într-un

domeniu larg de frecvenţă, măsurători de etalonare şi în tehnica radio, datorită liniarităţii şi fidelităţii deosebite.

El se compune dintr-un electrod fix şi o membrană subţire (5-10 μm) aflată la o distanţă de 10-50 μm de o membrană groasă, izolatoare, inelară (figura 1.10). Membrana subţire din plastic e placată cu un strat de aur, sau în cazul microfoanelor de calitate, cu folie de metal (nichel, duraluminiu sau aliaje ale nichelului) şi este tensionată mecanic.

Pentru a micşora rigiditatea acustică a stratului de aer de sub membrană, în electrodul fix se practică găuri, iar în spatele său este prevazută o cavitate cu aer, de volum mai mare.

Electrodul fix şi membrana formează un condensator C de capacitate mică (2 – 100 pF), care este legat printr-o rezistenţă de valoare mare (R = 30-65 MΩ) la o sursă de tensiune continuă. Câmpul de străpungere la aer, în condiţii normale este ES = 30 kV/cm = 3 V/μm. Pentru o distanţă d = 30-50 μm, rezultă tensiunea de polarizare U = 90 - 150 V.

Capacitatea proprie a microfonului este dată de relaţia:

][][][695

0

22

pFmd

cmdCμ

= (1.20)

şi variază cu undele sonore incidente, astfel că tensiunea alternativă pe condensatorul C este direct proporţională cu presiunea.

Datorită impedanţei proprii foarte mari, este necesară o legătură foarte scurtă până la pream-plificator (Fig.1.11). De aceea microfonul condenstor se conectează imediat la un amplificator montat la suportul metalic în formă de tub, care continuă capsula.

Tensiunea furnizată amplificatorului (repetor catodic) este propoţională cu presiunea acustică aplicată, dacă frecvenţa este mai mare decât RCπ21/ .

Figura 1.10 Microfonul condensator

Figura 1.11 Microfon condensator cu amplificator

Figura 1.12 Caracteristica de frecvenţă a microfonului condensator

Capitolul I

10

Frecvenţa proprie de rezonanţă este dictată de masa membranei şi forţa de revenire determinată de tensiunea mecanică a membranei şi de rigiditatea stratului de aer de sub aceasta. Pentru frecvenţe sub cea de rezonanţă eficacitatea microfonului condensator este constantă (nu depinde de frecvenţă). Eficacitatea sa este de circa – 60 dB sau 1 mV/μbar. Caracteristica sa de frecvenţă este prezentată în figura 1.12.

Un dezavantaj important este faptul că datorită tensiunii de polarizare mari şi distanţei mici între membrană şi placa de bază, în atmosferă umedă sau datorită condensului în condiţiile trecerii de la temperaturi coborâte la temperaturi mai ridicate (lucru exterior – interior) se pot produce descărcări electrice ce avariază microfonul.

Pentru a elimina acest dezavantaj, o altă posibilitate de convertire a variaţiilor de capacitate în tensiune electrică face apel la modulaţia de frecvenţă, microfonul condensator fiind introdus în circuitul oscilant al unui oscilator de frecvenţă mai ridicată (circa 10 MHz). In acest caz nu mai este nevoie de cablu microfonic, semnalul fiind radiat în radiofrecvenţă şi convertit în semnal acustic de un receptor MF (modulaţie de frecvenţă). Se elimină astfel şi cablul microfonic necesar pentru conectare. Un avantaj suplimentar este faptul că banda microfonului nu mai este limitată inferior ca în cazul polarizării cu tensiune continuă.

I.2.4 Microfonul piezoelectric (MP)

MP sau microfonul cu cristal se bazează pe efectul piezoelectric. Construcţia sa este prezentată în figura 1.13.

Sub acţiunea undei sonore incidente, membrana execută mişcări care transmiţându-se cristalului provoacă încovoierea acestuia în ritmul sunetului. Tensiunea alternativă produsă prin efect piezoelectric, este captată cu ajutorul a două folii de metal. Capacitatea proprie a MP este de circa 1000 pF, iar eficacitatea sa de circa – 50 dB sau 3,1 mV/μbar. Frecvenţa de rezonanţă se alege la limita superioară a benzii de trecere. Pentru o caracteristică de transfer mai plată se recurge la amortizarea rezonanţei.

Materialele folosite pentru cristal sunt cuarţul, polimerii semicristalini cum ar fi PVDF (polifluorura de vinil) şi ceramici piezoelectrice ca: sare de Rochelle, sulfat de amoniu, sulfat de litiu, fosfat de amoniu, titanat de bariu, titanat de plumb şi zirconiu.

MP sunt folosite în instalaţiile ieftine şi fără pretenţii deosebite, realizând o bandă de frecvenţă (figura 1.14) destul de largă (30 – 10000 Hz) şi o dinamică întinsă (20 – 100 dB), cu distorsiuni mici.

Zgomotul de fond este de obicei mic şi se

Figura 1.13 Microfon cu cristal

SURSE DE SEMNAL

11

manifestă practic numai când proprietăţile cristalului au fost deteriorate de căldură şi umiditate (îmbătrânire). Un dezavantaj important este constituit de sensibilitatea microfonului piezoelectric la vibraţii.

I.2.5 Microfonul dinamic (MD) MD sau cu bobină mobilă funcţionează pe principiul inducţiei electromagnetice. Tensiunea u

indusă într-un conductor, care se deplasează într-un câmp magnetic de inducţie B este: u = B l v (1.21)

Lungimea conductorului l fiind constantă, dacă se asigură şi condiţia B = constant, se obţine o propor-ţionalitate a tensiunii cu viteza, u ≈ v, v fiind viteza de deplasare a conductorului. Construcţia sa este ilustrată în figura 1.15.

Datorită inerţiei sistemului mecanic, viteza conductorului nu coincide cu cea a câmpului sonor, deci vor apărea distorsiuni care prin măsuri constructive pot fi menţinute foarte mici.

Un magnet permanent puternic produce în întrefierul său o inducţie aproximativ uniformă. Bobina MD este lipită de o membrană din material plastic (polistiren) sau duraluminiu, cât mai uşoară, care oscilează pe frecvenţa undelor sonore incidente, ce antrenează bobina să taie liniile câmpului magnetic radial constant din întrefier. În faţa bobinei se găseşte un capac de protecţie, prevăzut cu găuri. Semnalul electric indus în bobina MD este cules cu două lamele de contact.

Printr-o construcţie adecvată se obţine o caracteristică de frecvenţă constantă a MD în tot domeniul de audiofrecvenţă. Rezonanţele proprii, cea mai importantă apărând în domeniul de frecvenţe 500 – 1000 Hz, pot fi atenuate folosind plăci de amortizare (mătase sau pâslă) introduse în spatele membranei. Aplatizarea caracteristicii caracteristicii sale de transfer se poate realiza creând cavităţi rezonante. Impedanţa unui MD este cuprinsă între 30 - 600 ohmi, astfel că MD poate fi conectat fără pierderi la cabluri mai lungi. Sensibilitatea sa variază între –70 ÷ –80 dB (0,3 ÷ 0,1 mV/μbar).

Datorită inerţiei mecanice mici, MD este foarte sensibil la vânt şi nu se foloseşte în exterior.

I.2.6 Microfonul cu electreţi (ME) Acesta conţine un electrod metalic, sub forma unei plăci, peste care se aşează o folie de electreţi, cu

grosimea de 6-12 (25) μm. Electretul este constituit de o peliculă de polimeri (teflon). Partea exterioară a foliei este metalizată, şi reprezintă cel de al doilea electrod. În timpul fabricaţiei,

folia de electret este aşezată într-un câmp electric, care orientează sarcinile de semn opus spre cele două feţe, internă şi externă, acestea menţinându-se invariabile timp de zeci de ani. Sarcina electrică este astfel aleasă (100 – 200 μC/m2) încât să producă o tensiune de polarizare de circa 200 V.

Partea nemetalizată a foliei se aşează pe o placă, faţă de care să existe un strat de aer cu grosimea de circa 20 μm. Aceasta se realizează practic prin prevederea unor ieşituri corespunzătoare pe placă.

Folia sau membrana este tensionată mecanic la circa 10 N/m, o valoare destul de joasă pentru a face ca forţa de revenire să fie dată în principal de compresibilitatea stratului de aer. Datorită

Figura I.15 Microfon dinamic

Capitolul I

12

dimensiunilor mici ale membranei şi a masei reduse precum şi insensibilităţii la câmpuri magnetice, microfoanele cu electreţi sunt relativ insensibile la vibraţii.

Tensiunea electrică produsă de acest microfon este dată de:

0 ( )

e

e a

D du E dD D

σε ε

⋅ ⋅= ⋅ =

⋅ + (1.22)

unde: E – intensitatea câmpului electric în startul de aer, presupusă constantă; d – deplasarea membranei; σ - densitatea de sarcină superficială a stratului de electret proiectată pe suprafaţă; De – grosimea stratului de electret; Da – grosimea stratului de aer; ε0 – permitivitatea dielectrică a vidului; ε - permitivitatea dielectrică relativă a materialului electretului. ME are caracteristici de fidelitate similare microfonului condensator, prezentând avantajul lipsei

tensiunii de polarizare şi al preţului de cost mai scăzut. Constructiv, are forma din figura 1.16. Deoarece capacitatea sa raportată la unitatea de suprafaţă

este de 3 ori mai mare decât în cazul microfonului condensator, rezultă o sensibilitate în domeniul de frecvenţă 20 – 15000 Hz de 1-5 mV/μbar şi un raport semnal/zgomot îmbunătăţit. Coeficientul de distorsiuni este sub 1% în condiţii normale de presiune acustică (valori sub 140 dB).

I.2.7 Inlocuirea MC cu alte tipuri de microfoane

Faţă de MC, celelalte microfoane au avantaje privind caracteristica de frecvenţă, fidelitatea şi fiabilitatea. După apariţia tranzistorului a fost posibilă construcţia unui amplificator cu gabarit foarte mic, care să poată fi alimentat de la baterie centrală, şi care împreună cu microfonul să realizeze un ansamblu compatibil cu MC ca sensibilitate şi gabarit.

EXEMPLUL I.1 Să calculăm câştigul amplificatorului, care împreună cu un MD poate înlocui un MC.

Dacă, în medie, sensibilitatea MC este 100 mV/μbar, iar cea a MD de 0,2 mV/μbar, rezultă

A = 1000/0,2 = 500 (54 dB). În figura 1.17 se dau două exemple de amplificatoare cu tranzistoare. Rezistenţa de sarcină a

amplificatorului (T2) este constituită de linia telefonică a abonatului. Diodele protejează amplificatorul în cazul alimentării inverse (inversarea firelor).

Figura 1.16 Microfonul cu electreţi

SURSE DE SEMNAL

13

Tabelul I.2 Valori λ Frecvenţa λ

100 Hz 3,3 m 1000 Hz 33 cm 6000 Hz 5,5 cm 10 kHz 3,3 cm 15 kHz 2,2 cm

După apariţia circuitelor integrate, au fost produse amplificatoare integrate, care să permită înlocuirea MC cu alte tipuri de microfoane, având faţă de variantele cu tranzistoare avantajul că funcţionează pentru orice polaritate a alimentării.

I.2.8 O comparare a diverselor tipuri de microfoane Tabelul I.1 prezintă sintetic caracteristicile principalelor tipuri de microfoane întâlnite în practică. Tabelul I.1 Caracteristici comparative ale microfoanelor Caracteristici Microfonul

cu cărbune Microfonul piezoelectric

Microfonul dinamic

Microfonul condensator

Microfonul cu electreţi

Impedanţa de ieşire Z0 300-500 Ω 2 –5 MΩ 30-600 Ω 50 MΩ foarte mare Sensibilitatea [dB] -16 …-26 -50 -70…-80 -60 -46…-60

Banda de frecvenţă [Hz] 800…4000 30…10000 50…14000 20…20000 50…15000 Coeficient de distorsiuni < 30 % 2 % 1 % 0,1 % < 1%

Dinamică semnal [dB] 60 (20 – 100) 60 75 Capacitatea [pF] mică 1000 foarte mică 2 - 100 2…100

I.2.9. Caracteristici de directivitate Să considerăm că viteza de propagare a sunetului este v = 330 m/s. Lungimea de undă este dată de

/v T v fλ = ⋅ = Pentru diverse valori ale frecvenţei din domeniul audio, rezultă

valorile lungimii de undă λ, reprezentate în tabelul I.2. Se observă că la valori ridicate ale frecvenţei dimensiunile

microfonului devin comparabile cu lungimea de undă, ceea ce va conferi proprietăţi directive microfonului.

Dacă dimensiunile microfonului sunt mici în comparaţie cu lungimea de undă, iar undele sonore nu pot pătrunde din spatele microfonului, fiind ecranate de carcasă, microfoanele pot fi considerate ca omnidirecţionale. În acest caz, eficacitatea este aceeaşi, indiferent de unghiul de incidenţă θ.

În unele aplicaţii, de exemplu înregistrarea de emisiuni, programe, înregistrări în aer liber, etc., se doreşte utilizarea unor microfoane directive, care să capteze sunetul preferenţial pe direcţia axială, atenuând puternic undele sonore produse de alte surse decât cea dorită. Acestea contribuie la creşterea calităţii captării sau înregistrării respective, apreciată prin raportul semnal/zgomot.

Figura 1.17 Amplificatoare cu tranzistoare

Capitolul I

14

Microfoanele omnidirecţionale se încadrează în categoria microfoanelor cu presiune, presiunea fiind o mărime scalară, care nu depinde de direcţie.

Pentru realizarea de caracteristici directive se folosesc microfoane cu gradient de presiune sau scheme geometrice (dimensionale). Se pot folosi fie mai multe microfoane plasate adecvat, fie construcţii speciale.

Caracteristica directivă se obţine prin combinarea semnalelor cu amplitudini şi faze adecvate produse de geometria structurii folosite, de exemplu o baterie de microfoane care produc toate semnale cu aceeaşi fază pentru incidenţă sonoră axială şi cu faze diferite, conducănd la rezultantă aproape zero pentru incidenţă diferită de cea axială.

Prin plasarea a două microfoane la o distanţă mică în raport cu lungimea de undă şi măsurând diferenţa de presiune dintre ele se obţine un gradient de ordinul 1, ce conferă directivitate schemei. Gradientul de ordinul 2 implică scăderea ieşirilor a două gradiente de ordinul 1 plasate la o distanţă mică în raport cu lungimea de undă λ.

În figura 1.18 se prezintă diferite tipuri de caracteristici de microfoane. Caracteristica în formă de 8 este bidirecţională şi are un raport faţă/spate egal cu 1. Ea se obţine în cazul în care diafragma este expusă acţiunii câmpului sonor din ambele sensuri, dar nu este prea folosită în practică.

Caracteristica în formă de cardioidă este unidirecţională şi poate fi obţinută cu un singur microfon prin măsuri constructive, de exemplu făcând ca în cazul sosirii undei sonore incidente din spatele

microfonului forţele exercitate pe cele două feţe ale membranei să fie aproximativ egale ca fază şi amplitudine. Aceasta conduce la un răspuns aproape zero şi raport faţă/spate mare. Pentru îmbunătăţirea directivităţii la frecvenţe înalte se poate combina principiul cardioidei cu cel geometric.

I.2.10 Difuzoare. Capsula receptoare

Aceste TE au o funcţionare inversă faţă de microfoane, convertind energia electrică în energie acustică. Principalele mărimi caracteristice sunt:

1. Puterea nominală P [VA] - puterea electrică aparentă ce poate fi aplicată difuzorului astfel încât: temperatura ansamblului să nu depăşească o limită (65 0C), distorsiunile armonice, evaluate în 1000 Hz, să fie mai mici decât o anumită valoare

(coeficientul de distorsiuni k mai mic decât o valoare impusă, de exemplu k < 3%). 2. Randamentul η, definit ca raportul dintre puterea acustică radiată şi puterea electrică absorbită/

Figura 1.18 Caracteristici de directivitate ale microfoanelor

SURSE DE SEMNAL

15

3. Eficacitatea relativă [N/m2V], este raportul dintre presiunea creată în ax, la o anumită distanţă şi tensiunea U aplicată la borne.

4. Eficacitatea absolută [N/m2(VA)1/2], definită ca raportul dintre presiunea în ax şi radical din puterea aparentă absorbită.

5. Impedanţa de ieşire Z0 [ohmi]. 6. Banda de frecvenţă fj – fs, în care eficacitatea are o

neuniformitate mai mică decât o valoare impusă (15 – 18 dB),

7. Frecvenţa de rezonanţă fr [Hz], 8. Date de gabarit. Difuzoarele folosite în telefonie sunt miniaturale şi se numesc capsule receptoare. Ele sunt de tip

electromagnetic, electrodinamic sau cu electreţi. Capsula electromagnetică are o construcţie de tipul celei reprezentate în figura 1.19 şi are la bază

principiul electromagnetului. Eficacitatea ei variază între 80 şi 120 μbari/mV, iar impedanţa între 100 şi 550 ohmi. In primele

modele membrana sau diafragma era din metal feromagnetic, în consecinţă grea şi prezenta moduri de vibraţie complexe. Banda de frecvenţă rezultată era de circa 300-2500 Hz. In modelele ulterioare s-a obţinut o diafragmă mai uşoară combinând o folie de aluminiu cu un inel feromagnetic, ceea ce a condus la creşterea randamentului şi îmbunătăţirea benzii de frecvenţă.

Capsula electrodinamică este asemănătoare cu MD. Eficacitatea ei este de 80 μbari/mV iar impedanţa de circa 300 ohmi.

Capsula cu electreţi are o construcţie asemănătoare cu acea a microfonului cu electreţi care a suferit însă modificări pentru a micşora coeficientul de distorsiuni produs de dependenţa pătratică a forţei F raportată la unitatea de suprafaţă de tensiunea u aplicată.

2

0

0

12

e

e a

D uFD D

σ εεε ε

⎛ ⎞⋅ += − ⎜ ⎟+⎝ ⎠

(1.23)

In acest scop s-au utilizat construcţii tip push-pull şi electreţi monosarcină. Prin utilizarea unei construcţii simetrice şi aplicării a 2 tensiuni u în antifază, forţa rezultantă devine F = F1 – F2 şi ţinând cont de relaţia: abbaba 422 =−−+ )()( (1.24)

pentru aeae

e

DDu

bDD

Da

εεε

εσ

+=

+⋅

= 0 (1.25)

obţinem uDDD

Fae

e ⋅+

⋅⋅−= 22

)( εσε (1.26)

S-a obţinut în acest mod o dependenţă liniară între presiunea acustică creată şi tensiunea electrică aplicată

I.3 Semnale muzicale Pentru transmiterea emisiunilor muzicale, cerinţele sunt mai severe. O transmisie de înaltă fidelitate

implică o bandă de 16 – 20.000 Hz, iar pentru reproducerea unor caracteristici particulare (timpi de

Figura 1.19 Capsula electromagnetică

Capitolul I

16

creştere la instrumentele cu coarde), ar fi necesară o bandă până în 100 kHz. Evident, o transmisie economică implică o bandă mai redusă, sacrificând din calitate.

În spectrul semnalului muzical frecvenţele înalte deţin o pondere mai mare decât în spectrul semnalului vocal.

Principalele caracteristici tehnice sunt următoarele: banda transmisiei 50 – 10.000 Hz (15 kHz) raportul S/Z (pentru circuitul de 2500 km), S/Z > 75 dB distorsiuni armonice < 4 % (2%)

I.4 Texte. Semnale telegrafice

În istoria telecomunicaţiilor, telegrafia este cel mai vechi domeniu, fiind primul tip de comunicaţie la distanţă mare. Aici sunt cuprinse toate procedeele care asigură reproducerea la distanţă a mesajelor scrise sau imprimate precum şi a imaginilor fixe (fotografii sau desene). Deosebim astfel:

telegrafie alfabetică - se ocupă cu transmisia textelor; telegrafie facsimil – se ocupă cu transmiterea imaginilor fixe de tip fotografic, desene,

după un document original.

I.4.1 Viteza telegrafică Viteza telegrafică este legată de noţiunea de interval elementar (semnal unitar, impuls elementar

sau element de semnal) care reprezintă cea mai scurtă parte constitutivă a semnalului, distinctă ca amplitudine, durată sau poziţie relativă (figura 1.20).

Viteza telegrafică, prin definiţie, este numărul de intervale elementare transmise într-o secundă, adică:

T1V = T – durata intervalului

elementar Unitatea de măsură este BAUD; ea derivă de la

Baudot şi corespunde transmisiei unui interval elementar într-o secundă.

Dacă intervalul elementar este asociat cu un bit, atunci viteza în bauds corespunde cu cea în biţi/secundă. Dacă pe linie însă se transmite de exemplu una din 4 stări posibile, atunci acest lucru se poate exprima cu ajutorul unui dibit, adică 2 biţi în loc de unul; x bauds vor reprezenta 2x biţi/s. Dacă semnalele sunt codate cu 8 stări posibile, atunci se transmit 3 biţi odată, deci în acest caz 1 baud = 3 biţi/sec ş.a.m.d.

EXEMPLUL I.2 Să calculăm viteza telegrafică a unui telex care transmite N = 400 semne/minut, cu un număr mediu k de intervale elementare (k = 7,5) pentru fiecare semn. Atunci avem:

bauds5060

5,740060

KNV =⋅

=⋅

= - valoare standardizată.

Figura I.20 Ilustrarea intervalului elementar

SURSE DE SEMNAL

17

I.4.2 Coduri telegrafice

Codurile telegrafice sunt formate pe baza unui ansamblu de reguli şi convenţii privind formarea, transmiterea, recepţionarea şi convertirea semnalelor telegrafice corespunzătoare caracterelor unui text scris. Ele conţin tabele de corespondenţă între caracterele scrierii sau comenzile unor operaţii executate de aparat (intervale între cuvinte sau rânduri, schimbarea rândului, întoarcerea carului, etc.) şi elementele transmise. Principiile care stau la baza codării sunt:

EFICACITATEA – reprezentarea cuvintelor printr-un număr minim de biţi, COMODITATEA – reprezentarea să fie astfel făcută încât să se poată face o triere a

mesajelor cât mai uşoară, REPREZENTAREA SIMPLĂ - directă a cifrelor aritmetice, astfel încât să se poată face o

prelucrare directă a numerelor, POSIBILITATEA DETECŢIEI ŞI CORECŢIEI ERORILOR.

Codurile telegrafice sunt standardizate internaţional, însă există unele mici diferenţe între codurile folosite în Europa şi cele din SUA, sau alte ţări, având în vedere că nu toate ţările au semnat convenţia de standardizare. Mai cunoscute sunt:

CODUL MORSE ALFABETUL CCITT nr.2 (Codul BAUDOT) ALFABETUL CCITT nr.3 (Cod cu pondere constantă) ALFABETUL CCITT nr.5 (similar cu codul ASCII) CODUL BCD CODUL EBCDIC

În codul MORSE, pentru transmiterea unui caracter se foloseşte o combinaţie de elemente denumite linii şi puncte, lăţimea punctului fiind de un interval unitar, iar a liniei de 3 intervale unitare. Distanţa între punct şi linie este de un interval unitar, între două caractere ale aceluiaşi cuvânt de 3 intervale unita-re şi între 2 cu-vinte de 5 in-tervale unitare.

Cea mai scurtă combi-naţie este litera E (punct) şi cuprinde deci 4 intervale elementare; cifra 0 (- - - - - ) este cea mai lungă, cu 22 de intervale elementare (figura 1.21).

În medie, ţinând cont de particularităţile limbii române, pentru transmiterea unui caracter, practic ar fi nevoie de 8,6 intervale elementare.

Deşi poate fi uşor descifrat cu auzul, dezavantajele acestui cod sunt: viteza mică dictată de lungimea mare a caracterelor (8,6 intervale elementare în medie pe caracter) şi dificultatea realizării unui decodificator cu imprimare directă în litere, datorită neuniformităţii caracterelor.

Codul BAUDOT (Alfabetul CCITT nr.2) este un cod uniform binar, toate caracterele sau comenzile conţinând 5 elemente de semnal. Numărul combinaţiilr posibil de realizat este 25 = 32.

Ţinând cont că literele alfabetului sunt în medie pentru limbile europene în număr de 28, la care se adaugă cele 10 cifre, semnele de punctuaţie şi comenzile care declanşează unele operaţii ale terminalului tip maşină de scris (teleimprimator), care lucrează în codul respectiv, s-a recurs la un artificiu. Două combinaţii ale codului, denumite LETTER SHIFT (deplasare literă) şi FIGURE SHIFT

Figura 1.21 Reprezentari in codul Morse

Capitolul I

18

(deplasare cifră) sunt folosite pentru imprimarea literelor şi respectiv a cifrelor şi semnelor de punctuaţie, caracterele fiind înscrise pe două poziţii, superioară şi inferioară, ca la o maşină de scris clasică. Codul Baudot este prezentat în tabelul I.3 şi exemplificat în figura 1.22 pe o bandă perforată; perforările co-respund bitului 1, iar absenţa lor bitului 0.

Tabelul I.3 – Alfabetele CCITT Nr.2 si Nr.3 Nr. cod Litera Cifra

CCITT nr. 2 b4 b3 b2 b1 b0

CCITT nr. 3 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

32

A - B ? C : D Who are you? E 3 F * G * H * I 8 J Bell K ( L ) M . N , O 9 P 0 Q 1 R 4 S ‘ T 5 U 7 V = W 2 X / Y 6 Z + < Întoarcere car CR = Schimbare rînd LF / Litere / Cifre Spaţiu

Blank Cerere repetare Idle signal α Idle signal β

00100110111111100010010001000110101111011001111110001111000000101010101011110110110000110011100100100111101011001101010011010011010000101001011101100100011

00000 -

Secvenţe 000 Secvenţe 111

0001011011001001110000001101110000110001101010100011010010100101001001010011010100010101010001001110110000101001011000100101011000101010001111010001100010000011101001011000011110010000011100011100001100110011000101100

0011010100101000101101110000

Figura 1.22 Reprezentări în codul Baudot

SURSE DE SEMNAL

19

Codul cu pondere constantă (alfabetul CCITT nr.3) este utilizat în transmisiile telex prin radio, tip TOR – ARQ (Teleprinting Over Radio – Automatic Repeat ReQuest). Din cele 27 poziţii (128) se folosesc doar 35 care conţin 3 biţi 1 şi 4 biţi 0, ceea ce permite detectarea erorilor. Pentru un cod de n biţi, cu ponderea p, numărul combinaţiilor posibile este

!

!( )!p

nnC

p n p=

− (1.27)

Tabelul I.4 - Codul ASCII BIT 7: 0 0 0 0 1 1 1 1 BIT 6: 0 0 1 1 0 0 1 1 BIT 5: 0 1 0 1 0 1 0 1

BIT4:

BIT:3

BIT:2

BIT:1

0 0 0 0 NULL DC0

0 @ P

0 0 0 1 SOM DC1 ! 1 A Q 0 0 1 0 EOA DC2 " 2 B R 0 0 1 1 EOM DC3 # 3 C S 0 1 0 0 EOT DC4

(STOP) $ 4 D T

0 1 0 1 WRU ERR % 5 E U 0 1 1 0 RU SYNC a 6 F V 0 1 1 1 BELL LEM 7 G W 1 0 0 0 FEo S0 ( 8 H X 1 0 0 1 HT

SK

S1 ) 9 I Y

1 0 1 0 LF S2 • : J Z 1 0 1 1 VTAB S3 + ; K [

U N A S S I G N E D

1 1 0 0 FF S4 ' COMMA

< L @ ACK

1 1 0 1 CR S5 - = M ] ← 1 1 1 0 SO S6 . > N ↑ ESC 1 1 1 1 SI S7 / ? O ←

U N A S S I G N E D

DEL

Exemplu: Litera "A" este reprezentată prin 1000001 LEGENDǍ:

NULL Null/Idle SOM Start of message EOA End of address EOM End of message

Capitolul I

20

EOT End of transmission WR "Who are you?" RU "Are you …?" BELL Audible signal FEo Format effector HT Horizontal tabulation S Skip (punched card) LF Line feed

VTAB Vertical Tabulation FF Form feed CR Carriage return S0 Shift out S1 Shift in DC0 Device control reserved for data link escape DC1-DC3 Device control DC4 (Stop) Device control (stop) ERR Error SYNC Synchronous idle LEM Logical end of media S0-S7 Separator (information) Word separator (space, normally nonprinting) < Less than > Greater than Up arrow (Exponentiation) Left arrow (Implies/Replaced by) @ Reverse slant ACK Acknowledge Unassigned control ESC Escape DEL Delete/Idle

CODUL CCITT nr.5 (ISO 7) are fiecare caracter codat prin 8 elemente de semnal, din care 7 de

informaţie şi unul pentru verificarea parităţii. Viteza de lucru este de 200 Bauds, fiind completat cu încă două elemente START şi STOP. Un caracter are 10 elemente de semnal, iar durata sa de transmisie este 50 milisecunde. În total codul are 27 = 128 de combinaţii.

În SUA se foloseşte în locul acestui alfabet codul ASCII (American Standard Code for Information Interchange) care diferă de ISO 7 doar în câteva poziţii. El este reprezentat în tabelul I.4.

Codul BCD (Binary Coded Decimal) are caracterele reprezentate prin 6 elemente de semnal, deci prezintă un număr de 26 = 64 de combinaţii. Cifrele sunt reprezentate direct în binar (vezi anexa 5).

Codul EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) este un cod de 8 elemente, care foloseşte numai o parte din cele 28 = 256 de combinaţii, posibile. El este prezentat în anexa 5.

Comparând codurile introduse mai sus observăm că un caracter este reprezentat printr-un număr de 5-8 biţi, lungimea sa fiind dependentă de codul folosit. Mai multe caractere sau biţi pot fi grupate într-un bloc, care reprezintă o grupă de elemente binare sau de alt tip, emise ca un tot unitar şi supuse unei codări unitare, pentru a putea detecta şi corecta erorile ce apar.

Ca receptor de informaţie, ochiul uman are o viteză la citit de 18-45 biţi/s. Ca emiţător, de exemplu la acţionarea claviaturii calculatorului sau maşinii de scris, omul poate realiza o viteză de circa 16-20 biţi/s.

Tabelul I.5 – Conţinutul in informaţie pentru diverse surse

SURSA DE INFORMAŢIE CONŢINUTUL IN INFORMAŢIE AL UNUI TEXT

o cifră arabă

N = log2 10 = 3,32 biţi

o literă latină N = log2 26 = 4,7 biţi o literă din alfabetul rus N = log2 33 = 5,04 biţi un caracter Braille N = 6 biţi

o pagină de text (2000 litere) N =104 biţi o bibliotecă cu 105 - 106 cărţi N = 1012 biţi o bandă magnetică tip casetă N = 2 GB - cu compresie un CD (compact disc) un videodisc

N = 680 MB

un hard-disk N = 100 GB

SURSE DE SEMNAL

21

I.5 Imagini mobile În această categorie intră filmele şi imaginile TV radiodifuzate sau obţinute cu ajutorul unei camere

TV, care urmează a fi memorate, observate, prelucrate sau analizate pentru a obţine diverse informaţii (recunoaştere forme, roboţi, etc.) sau imaginile de videotelefon, care sunt transmise împreună cu convorbirea telefonică. Transmisia făcându-se în timp real, iar cantitatea de informaţie fiind mare, canalul de transmisie trebuie să asigure o viteză de transmisie de 384 kbiţi/s pentru videotelefonie, 1.5 – 2 Mbiţi/s pentru semnale video cu calitate comparabilă cu sistemul de înregistrare pe bandă magnetică VHS, sau circa 4 Mbiţi/s pentru transmisii TV.

În figura 1.23 este reprezentată forma de undă a semnalului TV corespunzător unei linii. Spectrul semnalului TV are o aliură descrescătoare la frecvenţele înalte şi conţine şi linii discrete pe armonicele impulsurilor de sincronizare (de cadru şi linie).

În tabelul I.6 sunt daţi principalii parametri ai semnalului TV, pentru cele mai răspândite standarde.

Transmisiile TV color implică, pe lângă luminanţă (amplitudinea semnalului video) alte două informaţii: culoarea şi densitatea culorii.

Ţinând cont de sensibilitatea ochiului, mai mare în alb-negru (se distinge un număr mai mare de nuanţe de gri decât pentru oricare altă culoare), nu este necesară o bandă mai mare pentru semnalul TV color, faţă de alb-negru.

Tabelul I.6 - Standarde TV STANDARD CCIR

B, G OIRT

D FRANŢA (VHF) E

FCC (SUA) N

Număr linii Frecvenţă cadre [Hz] Frecvenţă linii [Hz] Bandă video [MHz] Perioadă H [μs] Durată câmp [ms] VHF Banda I MHz VHF Banda III MHz UHF Banda IV MHz Ecart ton-video MHz Banda alocată MHz F (sunet) kHz

625 50

15625 5 64 20

47-68 174-230 470-835

5,5 B 7 G 8 50

625 50

15625 6

64 20

48,5-100 174-230

6,5 8

50

819 50

20475 10,6

48,84 20

50-70 160-215

11,15 13,15

(MA)

525 60

15750 4,2

63,5 16,667 58-88

174-216 470-890

4,5 6

25

Figura 1.23 Forma de unda a semnalului TV (o linie)

Capitolul I

22

I.6 Probleme I.1 Fie o transmisie TV alb-negru în standardul pe 625 de linii, transmisia făcându-se pe semicadre de 312,5 linii, cu frecvenţa de 50 Hz. Raportul lăţime/înălţime pentru imagine este 4/3 şi din cele 625 de linii sunt vizibile 585, durata unei linii fiind 52 μs. Care este valoarea factorului kell, de reducere a benzii, dacă se transmite o bandă de 5,5 MHz? I.2 Dacă acuitatea vizuală a unui om (unghiul minim între două obiecte, care pot fi distinse separat) este 1/3400 rad, determinaţi distanţele minime la care trebuie să se plaseze o persoană faţă de un ecran TV cu diagonala de 44 cm, 51 cm şi 72 cm pentru a nu distinge liniile imaginii de pe ecran? I.3 Fie un sistem de transmisie digitală a unui semnal audio, sub formă de rafale, pe durata impulsului de stingere de linie (12μs). Determinaţi viteza minimă de transmisie, dacă un eşantion este codat prin 10 biţi, viteza de eşantionare a semnalului audio este de 32 kHz, iar perioada de repetiţie a liniilor este de 64 μs. I.4 Un sistem TV alb-negru emite f cadre având n linii. Raportul lăţime/înălţime fiind a, şi notând cu L şi c durata impulsului de stingere raportată la durata totală pentru linii şi respectiv pentru cadre, iar cu k factorul kell (vezi problema I.1), demonstraţi că banda B necesară pentru transmisia semnalului TV este:

][11

21 2 Hzkfa

LcnB

−−

=

I.5 Un videotelefon lucrează în sistemul cu 267 de linii, imaginea fiind pătrată şi emisia pe semicadre, cu frecvenţa de 50 Hz. Durata impulsului de stingere de linie este de 20% din durata liniei, iar pentru stingerea de cadru se alocă 15 linii.

a. Care este banda semnalului video, dacă presupunem că valoarea factorului kell este 0,7? b. Presupunând că semnalul audio are viteza de 64 kbiţi/s şi este transmis în rafale, cu o viteză

egală cu banda semnalului video, pe durata impulsului de stingere cadre, calculaţi câte linii sunt ocupate de semnalul audio şi ce capacitate de memorie prezintă receptorul? I.6 Fie semnalul periodic rectangular s(t) din figura 1.24.

a. Determinaţi τ astfel încât spectrul semnalului să fie nul la frecvenţele 3 /kf k T= . Reprezentaţi spectrul

semnalului în acest caz. b. Semnalul s(t) se aplică unui filtru cu funcţia de

transfer ( ) 1/(1 )nH s sT= + (n întreg). c. Determinaţi ordinul n al filtrului astfel încât

armonica a 2-a să fie atenuată cu 20 dB mai mult decât fundamentala semnalului s(t).

Figura 1.24 Undă rectangulară