Техническая возможность применения токоведущих линий для передачи перехваченной акустической информации практически реализована в целом ряде ЗУ. Наиболее широкое распространение получили закладки, использующие для этих целей сеть 220 В.
Типовая схема организации негласного прослушивания переговоров с задействованием энергосети приведена на рис. 1.3.22.
Как правило, подслушивающие устройства устанавливаются в стандартную розетку или любой другой постоянно подключенный к силовой сети электроприбор (тройник, удлинитель, блок питания радиотелефона, факс и т. д.), расположенный в помещении, в котором ведутся переговоры интересующих лиц. Типовая схема такой закладки приведена на рис. 1.3.23.
Чувствительность внедренных микрофонов, как правило, обеспечивает надежную фиксацию голоса человека или группы лиц на удалении до 10 м .
Рис. 1.3.22. Схема применения закладного устройства с передачей информации по сети 220 В
Дальность передачи информации лежит в пределах от 300 до 1000 м . Она обеспечивается за счет применения выходного усилителя с мощностью 5...300 мВт и амплитудной или частотной модуляции несущей, специально сформированной в задающем генераторе закладного устройства. Несущая модулируется информационным сигналом, прошедшим предварительное усиление в низкочастотном (НЧ) усилителе, и через высокочастотный (ВЧ) усилитель и специальное согласующее устройство излучается в линию. Частота передаваемого сигнала лежит в диапазоне 50... 300 кГц. Выбор данного участка обусловлен тем, что, с одной стороны, на частотах ниже 50 кГц в сетях электропитания относительно высок уровень помех от бытовой техники, промышленного оборудования, лифтов и т. д. С другой - на частотах выше 300 кГц существенно затухание сигнала в линии, и кроме того, провода начинают работать как антенны,излучающие сигнал в окружающее пространство. Однако в некоторых случаях используются колебания с частотами, достигающими 10 МГц.
Рис. 1.3.23. Структурная схема закладного устройства
Питание ЗУ осуществляется от той же сети, 220 В.
Приемное устройство, расположенное вне пределов контролируемого помещения и подключенное к той же сети, перехватывает информационный сигнал и преобразует его в вид, удобный для прослушивания через головные телефоны, а также запись на магнитофон.
Схема приемника приведена на рис. 1.3.24. Принимаемый сигнал поступает на ВЧ-усилитель через согласующее устройство, затем детектируется и через НЧ-усилитель подается на головные телефоны или магнитофон. Чувствительность такого устройства, как правило, лежит в пределах от 3 до 100 мкВ, а питание осуществляется от батареек (аккумуляторов).
В некоторых случаях для одновременного прослушивания нескольких помещений используются многоканальные системы. При этом ЗУ работают на различных фиксированных частотах, а оператор выбирает на приемном устройстве канал, необходимый для прослушивания в каждый конкретный момент времени (рис. 1.3.25, а).
В целом устройства контроля акустической информации с передачей по сети 220 В обладают существенными преимуществами перед другими ЗУ. Так, например, по сравнению с радиозакладками - повышенной скрытностью (поскольку невозможно ее обнаружение с помощью радиоприемных устройств), а также практически неограниченным временем непрерывной работы, так как не требуют периодической замены источников питания. По сравнению с обычными проводными микрофонами (рис. 1.3.25, б), использующими собственные проводники для передачи сигнала, - практически невозможно точно выявить место установки приемного оборудования.
Однако при использовании данной техники возникают существенные проблемы.
Во-первых, работа возможна только в пределах одной фазы электропроводной сети.
Рис. 1.3.24. Структурная схема приемного устройства
Рис. 1.3.25. Многоканальные закладные устройства с передачей информации на пункт сбора и обработки по токоведущим линиям:
а - по сети 220 В; б - по специально проложенным кабелям
Во-вторых, на качество перехватываемой информации влияют различные сетевые помехи.
В-третьих, прибор, в который внедрено ЗУ, может быть случайно отключен от сети переменного тока.
Поэтому применение данной техники обычно сопровождается тщательным изучением схемы организации электроснабжения, наличия и типов потребителей электроэнергии, выбором камуфляжа.
Технические характеристики некоторых сетевых ЗУ с передачей информации по сети 220 В приведены в табл. 1.3.3.
Аналогично системам с передачей информации по сети 220 В функционирует и аппаратура акустического контроля с передачей информации по телефонной сети. В состав изделий входят те же блоки, используется тот же частотный диапазон. Отличительной особенностью является блок питания, предназначенный для преобразования напряжения телефонной линии к требуемому уровню. В связи с тем, что от телефонной линии
Таблица 1.3.3. Основные характеристики сетевых закладных устройств
нельзя потреблять более 2 мА, мощность передающих устройств не может превышать 10...15 мВт.
Однако существуют определенные ограниченияна применение подобных устройств.
Во-первых, необходимо подключать приемную аппаратуру именно к той телефонной линии, на которой установлено устройство съема информации, что упрощает обнаружение пункта контроля (по сравнению с передачей по сети 220 В).
Во-вторых, устройство достаточно габаритное и его относительно трудно использовть скрытно, так как все возможные места установки (телефонный аппарат, розетки, распределительное оборудование и т. д.) легко проверить, в отличие от системы электропроводки.
Вышеперечисленные факторы привели к тому, что данные устройства практически не используются. Иные (широко применяемые) способы и устройства для съема информации с использованием телефонов и коммуникационных линий подробно будут рассмотрены в п. 1.5.2.
Подобно телефонным, для установки закладок могут быть использованы и другие сети слаботочного оборудования (пожарной и охранной сигнализации, радиотрансляции и т. д.). Их недостатки аналогичны приведенным выше, в связи с этим и реальное применение крайне редко.
Примерами серийно выпускаемых закладок с передачей информации по токоведушим линиям могут служить следующие устройства:
UM 104 - сетевая закладка, предназначенная для прослушивания служебных и жилых помещений путем передачи и приема акустической информации по сети переменного тока. Дальность передачи (по проводам) - не менее 30 м ; словесная разборчивость (при отсутствии помех) - 90 %; электропитание закладки - сеть 220 В; питание приемника - 4 батареи «АА».
Закладка устанавливается вместо стандартной стенной розетки или встраивается в электробытовые приборы. При установке в нишу стенной розетки UM104 полностью выполняет все ее функции и допускает подключение электроприборов мощностью 1,5 кВт. Отличительной способностью спецприемника является подключение к силовой сети только одним проводом, что обеспечивает повышенную безопасность и удобство в эксплуатации. Выбор провода для подключения определяется небольшим экспериментом и по лучшему качеству прослушивания. Контроль переговоров разрабатываемых лиц ведется на головные телефоны.
IPS МСХ - акустическая закладка с передачей информации по сети переменного тока. Скрытно устанавливается в одном из бытовых приборов. Диапазон используемых для передачи частот - до 120 кГц; рабочее напряжение 100...260В переменного тока с частотой 50/60 Гц-диапазон передаваемого акустического сигнала- 300...3500Гщ модуляция - узкополосная частотная; габариты - 33х67х21мм.
Передаваемая информация принимается приемником, рассчитанным на обслуживание шести передатчиков. Он оборудован встроенным громкоговорителем и выходами на диктофон и головные телефоны. Для записи на магнитофон имеется линейный выход.
РК170 - телефонная закладка с рабочей частотой около 100 кГц, вес - 180 г , габариты - 130х30х20 мм. Используется частная модуляция. В комплекте поставляется приемник (вес 750 г ). Закладку производитель рекомендует устанавливать либо непосредственно в телефонном аппарате, либо в телефонной розетке.
Model SIM - ROTEL - представляет собой приемник звуковых сигналов от микрофонов устройств подслушивания (закладок), установленных в контролируемых помещениях или в телефонных аппаратах и линиях. Он может одновременно принимать сигналы от четырех таких микрофонов. Чувствительность каждого канала приема можно регулировать отдельно. Микрофоны, включенные в телефонную линию, включаются автоматически при переходе телефона в режим приема или передачи сигналов вызова.
Приемник SIM-ROTEL имеет два отдельных выхода принятых сигналов звуковых частот для их обработки или регистрации. Прием информации с микрофонов, включенных в телефонную линию, не создает в ней никаких помех, по которым мог бы быть обнаружен факт перехвата информации. Таким образом, любимая тема для пересудов некоторых «знатоков», когда они слышат в линии какой-нибудь посторонний щелчок, в данном случае отпадает. Приемник может вводить в линию напряжение, компенсирующее падение напряжения в ней, вызванное подключением микрофонов. Каждый микрофон может включаться и выключаться дистанционно.
Приемник SIM-ROTEL в сочетании со скрыто устанавливаемыми микрофонами образует гибкую систему перехвата звуковой информации, которая может быть использована для мониторинга не только любых аналоговых телефонных линий, но и других двухпроводных линий. В стандартный комплект входят два микрофона - и один приемник.
Технические характеристики
Электропитание, В............ сеть переменного тока, 220 (по отдельному заказу-110)
Компенсация падения напряжения в линии.. активная, 35-65 В, 15 мА
Каналы приемника............... два канала приема сигналов от
микрофонов + канал приема от телефонной линии.
Чувствительность каждого канала регулируется отдельно Выходы приемника............ для выхода на линии передачи, один выход на головные телефоны с индивидуальной регулировкой громкости
Потребляемый одним микрофоном ток, мА. 1,8 при напряжении 40 В
Выходная мощность звуковых частот.... более 60 мВт, 0,5 В (двойная амплитуда на сопротивлении 600 Ом (типовая)
Дальность передачи по линии, км....... до 3
Полоса звуковых частот.......... от 20 Гц до 5 кГц
Передача сигналов по линии......... с амплитудной модуляцией на разных несущих в диапазоне 30-200 кГц
Model SIM-ОСИ, SIM - OC 21 - эти системы содержат передатчики SIM -ОС11Т и SIM - OC 21 T и приемники SIM - OC 11 R и SIM - OC 21 R . Передача сигналов производится по проводам электросетей, которые используются также для электропитания самого прибора. Автоматическая регулировка усиления позволяет принимать все разговоры в контролируемых помещениях с высокой разборчивостью. Для достижения большей скрытости перехвата вся передаваемая звуковая информация предварительно подвергается цифровому кодированию.
Передатчик SIM - OC 11 T снабжен трехжильным кабелем, который может быть подключен к электросети в любом месте. Если электросеть имеет «нулевую» фазу, дальность передачи может быть увеличена. Чувствительность каждого микрофона регулируется отдельно.
Приемник SIM-OC11R декодирует, принимаемые сигналы. На лицевой панели этого приемника расположены выходы на головные телефоны, громкоговоритель (с регулировкой громкости) и на магнитофон.
Система, укомплектованная передатчиком SIM-OC21T и приемником SIM-OC21R, может управляться дистанционно и передавать код идентификации передатчика ОС-2 IT длиной 3 бит.
Технические характеристики
Модуляция................ амплитудная
Выходная мощность, мВт........ 300 на сопротивлении 10 Ом
Защита передаваемых сигналов........ цифровое кодирование
Электропитание, В............. сеть переменного тока 220-240
Чувствительность, мкВ........... 500
Отношение сигнал/шум, дБ........ 45 или выше
Ширина полосы звуковых частот, Гц...... 100-3 000
Уровень сигнала на выходе для магнитофона... более 50 мВ на сопротивлении 1 кОм
Светодиодный индикатор состояния...... красное свечение - приемник включен, зеленое свечение - прием сигналов
Размеры, мм:
SIM - OC 11 T ............ 21х31х66
SIM - OC 21 T ............ 27х31х66
SIM - OC 11 R ............. 40х65х120
SIM - OC 21 R ............ 40х110х120
Model SIM - RMM специально предназначена для скрытого мониторинга помещений и телефонов с использованием имеющихся телефонных линий. Все разговоры в помещениях и по телефону могут перехватываться, записываться и передаваться в удаленный пункт. Система SIM-RMM использует принципиально новую технику, которая ранее не применялась при мониторинге в коммутируемых телефонныхсетях общего пользования.
Система состоит из двух модулей, входного модуля передатчика для мониторинга разговоров в помещении и модуля приемника с усилителем сигналов, перехватываемых в телефонных линиях.
Модуль передатчика комплекса SIM-RMM содержит высокочувствительный микрофон, соединенный с усилителем звуковых частот, имеющим широкий динамический диапазон, быстродействующую автоматическую регулировку усиления и защищенный от перегрузок при скачках в сети электропитания и появлении сигналов вызова в телефонной линии.
Этот модуль контролирует разговоры в помещении, где установлен телефон при неснятой трубке телефонного аппарата. При снятии трубки модуль RMM переключается на контроль телефонных переговоров. Модули передатчика доступны в различных вариантах, включая версии со скремблированием сигналов.
Модуль приемника SIM-RMM заключен в прочный алюминиевый корпус и содержит усилитель перехваченных сигналов с высоким входным сопротивлением и фильтрацией помех для получения максимально возможного отношения сигнал/шум. Имеются версии этого модуля с дескремблированием принимаемых сигналов. Приемник имеет выход на головные телефоны с выключателем голосовой активации и сбалансированный выход с сопротивлением 600 Ом для ретрансляции сигналов по стандартным линиям коммутируемой телефонной сети общего пользования или линии МККТТ Ml 200.
Технические характеристики
Модуль передатчика
Выходное напряжение, мкВ....... 400 на сопротивлении 12000м
Ширина полосы звуковых частот, Гц...... 100-3500
Автоматическая регулировка усиления, дБ.. 50
Размеры, мм.............. 28х10х7
Модуль приемника
Входное полное сопротивление........ более 2 5 кОм (переменный ток), более 3 МОм (постоянный ток)
Ширина полосы звуковых частот, Гц...... 200-8300
Отношение сигнал/шум, дБ........ выше 60
Выходное сопротивление. Ом....... 600 (телефонная линия), 47 (головные телефоны)
Электропитание............... сеть переменного тока 115/2308,50-60Гц
Размеры, мм.............. 265х260х82
Model SIM - RFM предназначена для скрытого аудиоконтроля помещения и телефонных линий с использованием имеющихся телефонных сетей. Все разговоры в контролируемых помещениях передаются в дистанционный пункт контроля (мониторинга). В системе применяется техника, не применявшаяся ранее для мониторинга в коммутируемых телефонных системах общего пользования. Система состоит из двух модулей передатчика и приемника частотно-модулированных сигналов. Модуль передатчика содержит высокочувствительный микрофон, предварительный усилитель сигналов микрофона с широким динамическим диапазоном и быстродействующей автоматической регулировкой усиления и частотный модулятор. Модуль защищен от перенапряжений в сети электропитания и телефонных линиях. Модули передатчика выпускаются в различных вариантах, включая версию со скремблером сигналов.
Приемный модуль системы SIM-RFM, заключенный в прочный алюминиевый корпус, рассчитан на прием частотно-модулированных сигналов, содержит преобразователь частоты и усилитель перехваченных сигналов с высоким входным сопротивлением и схемы подавления синфазных сигналов, способствующие получению высокого отношения сигнал/шум. Схемы преобразователя позволяют оператору прослушивать разговоры в помещении и телефонные переговоры одновременно.
Приемный модуль выпускается в версии с дескремблером принимаемых сигналов. Типичный модуль имеет выходы на головные телефоны, магнитофон, переключаемый выход для голосовой активации и сбалансированный выход с сопротивлением 600 Ом для ретрансляции сигналов по линии МККТТ Ml 020 или стандартной линии коммутируемой телефонной сети общего пользования.
Технические характеристики
Передатчик RFM
Несущая частота........... 140 кГц±500 Гц
Ом ... 474
Выходное напряжение, мВ......... 500
Максимальная девиация
частоты при модуляции, кГц...... ±5
Потребляемый ток, мА......... 3 (постоянный ток)
Диапазон регулировки усиления сигналов звуковых частот, дБ..... 50
Размеры (стандартные), мм......... 38х10х10
Приемник RFM
Несущая частота............ 140 кГц ±500 Гц
Чувствительность, дБ............ -82, при отношении сигнал/шум 20 дБ, -48, при отношении сигнал/шум 50 дБ
Выходное полное сопротивление, кОм... более 1
Входное полное сопротивление........ более 25 кОм (переменный ток), более 3 МОм (постоянный ток)
Отношение сигнал/шум, дБ........ более 60
Выходное напряжение, мВ......... 700 (при отключенной линии), 230 (при выключенном телефоне)
Выходное полное сопротивление....... 600 Ом (при выключенном телефоне), 1 кОм (при выключенной линии), 47 Ом (при выключенных головных телефонах)
Электропитание ............. сеть переменного тока 115/230 В, 50-60Гц
Размеры, мм.............. 265х260х82
Масса, кг............... 2,8
Model SIM - AWM - симплексная система аудиомониторинга, обеспечивает высококачественную передачу перехватываемой информации на расстояние до 10 км по неэкранированной двухпроводной линии.
Система стандартной конфигурации содержит миниатюрный передатчик и приемник диапазона очень низких частот (ОНЧ) того или иного типа. Передатчик имеет высокочувствительный микрофон, соединенный с усилителем с широким динамическим диапазоном, быстродействующей автоматической регулировкой усиления, а также модулятор. Передатчик защищен от возможных скачков в системе электропитания. Имеется версия передатчика со скремблированием, защищающим от возможного перехвата третьей стороной или обнаружения работы передатчика методами контрнаблюдения.
Технические характеристики
Передатчик
Несущая частота............ 140кГц± 500Гц
Выходное полное сопротивление. Ом... 47
Выходное напряжение, мВ........ 575 (двойная амплитуда)
Девиация частоты при модуляции, кГц... ±5
Ширина полосы звуковых частот, Гц...... 150-3500
Электропитание............. источник постоянного тока, потребляемый ток 15 мА
Диапазон автоматической регулировки усиления, дБ............. 50
Приемник
Несущая частота............ 140 кГц ± 500Гц
Чувствительность, дБ/мВт......... - 82 при отношении сигнал/шум 20 дБ, -48 при отношении сигнал/шум 50 дБ
Входное полное сопротивление. Ом...... 275
Ширина полосы звуковых частот, Гц...... 300-5000
Выходное напряжение, мВ.......... 700 (при отключенной линии), 230 (при отключенных телефонах)
Выходное полное сопротивление....... 600 Ом (при отключенном телефоне), 47 Ом (при отключенных головных телефонах)
Размеры,мм.............. 265х260х82
Model SIM - SCM - система аудиомониторинга помещений, передает аудиосигналы по сети электропитания напряжением 220 В. Для передачи используется метод модуляции поднесущей, поэтому несущая, передаваемая по электросети не имеет признаков модуляции. Так как аудиоинформация модулируется дважды, демодуляция на приемной стороне должна осуществляться с последовательным выполнением двух шагов. Передатчик и приемник должны быть согласованы по типу модуляции. Демодуляция сигналов обычным приемником невозможна.
Передатчик включается в сеть так же, как и другие передатчики с сетевым электропитанием. Приемник оформлен в виде отдельного блока с электропитанием от сети. Он имеет регулятор громкости и два выхода: для прослушивания и на магнитофон.
Технические характеристики
Передатчик
Частота, МГц.............. 7
Поднесущая,кГц ............. 100-500 (регулируемая)
Ширина полосы звуковых частот, Гц...... 250-5600
Микрофон.............. внешний
Размеры, мм.............. 30х30х8
Приемник
Выходы................ на линию и на головные телефоны, с регулировкой громкости
Электропитание, В............ сеть переменного тока, 220
Размеры, мм.............. 62х54х84
Model SIM - ACC - система аудиоконтроля помещений с передачей информации по проводам электросети SIM-ACC отличается быстротой и простотой установки, что существенно сокращает время команды по аудио-мониторингу. Стандартная система, включаемая в сеть переменного тока напряжением 110 или 230 В, содержит миниатюрный передатчик, подключаемый к сети параллельно, и приемник частотно-модулированных сигналов диапазона ОНЧ. Для противодействия перехвату передаваемой информации третьей стороной или обнаружения работы передатчика средствами противодействия в передатчике может быть применен скремблер.
Фирма считает, что передатчик системы является самым малогабаритным в мире. Он имеет высокочувствительный микрофон, подсоединенный к усилителю с большим динамическим диапазоном и быстродействующей автоматической регулировкой усиления, а так-
Рис. 1.3.26. Сетевые закладные устройства, предназначенные для передачи акустической информации по различным сетям:
а - радиомикрофон в виде электрического тройника; б - радиомикрофон, закамуфлированный под электрическую розетку
же схемы модулятора и защиты от перегрузок в системе электропитания. Блок питания от электросети может иметь разную мощность в зависимости от дальности передачи сигналов.
Приемник содержит входной линейный режекторный («вырезающий» одну частоту) фильтр 50/60 Гц, схемы защиты от перегрузок, малошумящий предварительный усилитель, бесшумную, настройку демодулятор/усилитель звуковых частот с автоматической фазовой подстройкой частоты, параметрический эквалайзер (корректор амплитудно-частотной характеристики) и схемы голосовой активации (VOX ).
В приемнике также может быть применен модуль дескремблирования.
Технические характеристики
Передатчик
Несушая частота............ 140 кГц ± 500Гц
Выходное полное сопротивление,Ом ... 10
Выходная мощность, мВт........ 100
Выходное напряжение.......... 500
Девиация частоты при модуляции,кГц... ±5
Ширина полосы звуковых частот, Гц...... 150-3500
Электропитание, мА.......... постоянный ток, потребление 3
Диапазон автоматической регулировки усиления звуковых частот, дБ..... до 66
Размеры, мм.............. 24х9х7
Приемник
Несущая частота.............. 140кГц±500Гц
Чувствительность, дБ/мВт.......... -82 при отношении сигнал/шум
20 дБ, -48 при отношении сигнал/шум 50 дБ
Входное полное сопротивление, Ом.... 275
Ширина полосы звуковых частот, Гц...... 300-500
Выходное полное сопротивление....... 1 кОм (при отключенной линии),
600 Ом (при отключенном телефоне), 47 Ом (при отключенных головных телефонах)
Электропитание............. сеть переменного тока, 115/230 В, 50-60Гц
Размеры, мм.............. 265х255х88
Внешний вид некоторых закамуфлированных ЗУ, предназначенных для установки в сетях электропитания 220В, показаны на рис. 1.3.26.
Основные характеристики звука:
1. Тон звука (количество колебаний в секунду). Звуки низкого тона (например, звук, создаваемый большим барабаном) и высокого тона (например, свист). Ухо легко различает эти звуки. Простые измерения (развёртка колебаний) показывают, что звуки низких тонов – колебания малой частоты в звуковой волне. Звуку высокого тона соответствует большая частота колебаний. Частота колебаний в звуковой волне определяет тон звука.
2. Громкость звука (амплитуда). Громкость звука, определяемая его действием на ухо, является оценкой субъективной. Чем больше поток энергии, притекающей к уху, тем больше громкость. Удобной для измерения является интенсивность звука – энергия, переносимая волной за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную к направлению распространения волны. Интенсивность звука возрастает при увеличении амплитуды колебаний и площади тела, совершающего колебания. Также для измерения громкости пользуются децибелами (дБ). Например, громкость звука хороша листьев оценивается в 10 дБ, шёпота – 20 дБ, уличного шума - 70 дБ, болевой порог – 120 дБ, а смертельный уровень – 180 дБ.
3. Тембр звука . Вторая субъективная оценка. Тембр звука определяется совокупностью обертонов. Разное количество обертонов, присущих тому или иному звуку, придаёт ему особую окраску – тембр. Отличие одного тембра от другого обусловлено не только числом, но и интенсивностью обертонов, сопровождающих звучание основного тона. По тембру легко можно различать звуки различных музыкальных инструментов, голоса людей.
Звуковые колебания с частотой менее 20 Гц человеческое ухо не воспринимает.
Звуковой диапазон уха – 20 Гц – 20 тыс. Гц.
Передача звука на большое расстояние.
Проблема передачи звука на расстояние была успешно решена посредством создания телефона и радио. С помощью микрофона, имитирующего человеческое ухо, акустические колебания воздуха (звук) в определённой точке преобразуют в синхронные изменения амплитуды электрического тока (электрический сигнал), который по проводам или с помощью электромагнитных волн (радиоволн), доставляют в нужное место и преобразуют в акустические колебания, подобные исходным.
Схема передачи звука на расстояние
1. Преобразователь «звук - электрический сигнал» (микрофон)
2. Усилитель электрического сигнала и электрическая линия связи (провода или радиоволны)
3. Преобразователь «электрический сигнал – звук» (громкоговоритель)
Объёмные акустические колебания воспринимаются человеком в одной точке и могут быть представлены в виде точечного источника сигнала Сигнал имеет два параметра, связанных функцией времени: частоту колебания (тон) и амплитуду колебания (громкость). Необходимо пропорционально преобразовать амплитуду акустического сигнала в амплитуду электрического тока, сохраняя частоту колебания.
Источники звука - любые явления, вызывающие местное изменение давления или механическое напряжение. Широко распространены источники Звука в виде колеблющихся твёрдых тел. Источниками Звука могут служить и колебания ограниченных объёмов самой среды (например, в органных трубах, духовых музыкальных инструментах, свистках и т.п.). Сложной колебательной системой является голосовой аппарат человека и животных. Обширный класс источников Звук -электроакустические преобразователи, в которых механические колебания создаются путём преобразования колебаний электрического тока той же частоты. В природе Звук возбуждается при обтекании твёрдых тел потоком воздуха за счёт образования и отрыва вихрей, например при обдувании ветром проводов, труб, гребней морских волн. Звук низких и инфранизких частот возникает при взрывах, обвалах. Многообразны источники акустических шумов, к которым относятся применяемые в технике машины и механизмы, газовые и водяные струи. Исследованию источников промышленных, транспортных шумов и шумов аэродинамического происхождения уделяется большое внимание ввиду их вредного действия на человеческий организм и техническое оборудование.
Приёмники звука
служат для восприятия звуковой энергии и преобразования её в др. формы. К приёмникам Звука
относится, в частности, слуховой аппарат человека и животных. В технике для приёма Звука
применяется главным образом электроакустические преобразователи, например, микрофон.
Распространение звуковых волн характеризуется в первую очередь скоростью звука. В ряде случаев наблюдается дисперсия звука, т. е. зависимость скорости распространения от частоты. Дисперсия Звука
приводит к изменению формы сложных акустических сигналов, включающих ряд гармонических составляющих, в частности - к искажению звуковых импульсов. При распространении звуковых волн имеют место обычные для всех типов волн явления интерференции и дифракции. В случае, когда размер препятствий и неоднородностей в среде велик по сравнению с длиной волны, распространение звука подчиняется обычным законам отражения и преломления волн и может рассматриваться с позиций геометрической акустики.
При распространении звуковой волны в заданном направлении происходит постепенное её затухание, т. е. уменьшение интенсивности и амплитуды. Знание законов затухания практически важно для определения предельной дальности распространения звукового сигнала.
Способы коммуникации:
· Изображения
Система кодирования должна быть понятна адресату.
Звуковые коммуникации появились первыми.
Звук (носитель – воздух)
Звуковая волна – перепады давления воздуха
Кодируемая информация – барабанные перепонки
Чувствительность слуха
Децибел – относительная логарифмическая единица
Свойства звука:
Громкость (Дб)
Тональность
0 Дб = 2*10(-5) Па
Порог слышимости – болевой порог
Динамические диапазон – отношение самого громкого звука к самому маленькому
Порог = 120 Дб
Частота (Гц)
2. Параметры и спектр звукового сигнала: речь, музыка. Реверберация.
Звук – колебание, имеющее свою частоту и амплитуду
Чувствительность нашего уха к разным частотам – разная
Гц – 1 к\с
От 20 Гц до 20 000 Гц – звуковой диапазон
Инфрозвуки – звуки менее 20 Гц
Звуки свыше 20 тыс. Гц и менее 20 Гц не воспринимаются
Промежуточная система кодирования и декодирования
Любой процесс может быть описан набором гармонических колебаний
Спектр звукового сигнала – совокупность гармонических колебаний соответствующих частот и амплитуд
Амплитуда меняется
Частота постоянна
Звуковое колебание – изменение амплитуды во времени
Зависимость взаимных амплитуд
Амплитудно-частотная характеристика – зависимость амплитуды от частоты
У нашего уха есть амплитудно-частотная характеристика
Устройство не идеально, у него есть АЧХ
АЧХ – у всего, что связано с преобразованием и передачей звука
Эквалайзер регулирует АЧХ
340 м\с – скорость звука в воздухе
Реверберация – размывание звука
Время реверберации – время, за которое сигнал уменьшится на 60 Дб
Компрессирование – прием обработки звука, когда громкие звуки снижены, а тихие звучат громче
Реверберация – характеристика помещения, в котором распространяется звук
Частота дискретизации – количество отсчетов в секунду
7207,Класс 740, 6 ИЗОБРЕ ПАТЕНТ О ПИ испособления для приема и передачи звуковы сигналов, ин-ной фирмы Акц. о-во К. П. Герц," (С. Р. Ооегг, Ор 11 зсЬе Апзта 11 АМепд урге, Чехо-Словакия, заявленному 26 авгусптическо зе 11 зсЬап) 1925 год К патенту заведенив г, Прес ег) ействит Э. Гаш Австрия. атента опубликовано З 1 декабря 1928 спространяется на 15 лет от 81 декаб а. Деиствие пате1928 года. ач Предлагаемое изобретение касается устройства приспособления, с помощью которого, с одной стороны, можно установить направление поступления звуковых импульсов от какого-либо отдаленного звукового источника, а, с другой стороны, оказывается возможность посыдать вдаль звуковые импульсы в определенном изолированном направлении в виде пучка параллельных лучей.Служащие для этой цеди слуховые определители направления или мегафоны не дают удовлетворительных результатов вследствие применения в них звуковых приемников или же передатчиков произвольной воронкообразной или грушевидной формы, от действия которых звуковые лучи попадают к месту назначения после многократного отражения и отклонения в интерферированном виде, а, следовательно, уже утратив акустическую чистоту.Хотя, в качестве звуковых приемников и передатчиков применялись также и правильные, с точки зрения акустики. параболоиды вращения, в фокусе которых устанавливались микрофоны или телефоны, в особенности в тех случаях, когда по шуму. исходящему от движущегося ночью, а, следовательно, невидимого летательного аппарата требовалось определить пространственное положение этого аппарата, но и в этом случае, достижение поставленной цели не вполне безупречно, так как прз применении телефонов, поступающие звуковые импульсы дают лишь очень слабые импульсы тока, при пользовании же микрофонами, необходимые изменения наклона телефонной мембраны для отыскания направления звука, сопровождаются непзбежнымп перемещениями графитовых шариков, вредно отражающимися на звуковом приеме вследствие вызываемого ими побочного шума.Предлагаемое приспособление для приема и передачи звуковых сигналов предназначается для устранения подобных недостатков, для каковой цели зву ковые лучи, в случае поступления ах параллельным пучком из одного направления, собираются в фокусе приемного параболонда и направляются далее при помощи устанавливаемого, по возможности конфокально с первым, второго полого рефлектора таким образом, чтобы они попадали в ухо наблюдателя или на мембрану микрофона, поворачиваемого лишь в азимутальном направлении, в виде пучка параллельных или сходящихся лучей, при чем для облегчения определения направления приходящих звуковых лучей, входному отверстию для этих последних в рефлекторе может быть придаваемо такое очертание, чтобы при малом угловом отклонении поступающих звуковых лучей от оси приемного рефлектора в одном направлении, получались лишь незначительные, а в другом направлении - гораздо большие потери в силе звука, В то время как для приемного рефлектора наиболее подходящей формой оказывается единственно лишь параболоид вращения, в качестве отводящего рефлектора может быть применяем возможно более вытянутый параболоид, дающий пучки параллельных звуковых лучей большой силы, или устанавливаемый опять-таки конфокально с приемным параболоидом, эллипсоид вращения, при котором возможно соединение звуковых лучей во втором его фокусе,.Если при помощи подобных комбинаций рефлекторов отводить звуковые импульсы в противоположных направлениях, то при этом получаются приспособления, могущие быть применяемыми для отправления пучков параллельных звуковых лучей.Формы осуществления предлагаемого изобретения представлены на схематическом чертеже, при чем фиг. 1 изображает боковой вид, фиг. 2 в пл устройства с параболическим отводящим рефлектором, фиг. 3 в боков вид, фиг. 4 в пл устройства с эллиптическим отводящим рефлектором, фиг. 5 - вид спереди комплектного определителя направления звука с поворачиваемою вокруг вертикальной и горизонтальной оси звуковой базой, в соединении с оптическим визирным приспособлением для отыскания звукового источника, а также для установки направления передачи звука в отправительных устройствах, и фиг, 6 в 7 в вари приспособления.На всех фигурах линией Р, - х обозначено направление оси приемного нли передаточного отражателя А; линией Р, в у в направл оси отводящего или подводящего рефлектора В, при чем буква Р, означает общий фокус обоих рефлекторов, в котором пересекаются все звуковые лучи, приходящие из направлении ж - Г, или, наоборот, посылаемые в этом направлении. На фиг, 3 и 4 буква Р, означает второй фокус отводящего илй подводящего эллипсоида.Ежели указанные комбинации рефлекторов служат для отыскания направления приходящих звуковых лучей, те предпочтительно ограничивать поверхность приемного отражателя А, и входное отверстие отводящего отражателя В плоскостью, проходящею перпендикулярно к плоскости хР,у через общий фокус Г, и через расположенную по главному меридиану точку пересечения Х, обоих отражателей. Этим достигается то, что даже при совершенно незначительном отклонении направлений звука от оси хГ, получаются весьма заметные ослабления звука в направлении оси у, между тем как даже более значительные отклонения от названного направления дают в противоположном направлении у совершенно незаметные ослабления звука,Если описываемое приспособление служит для передачи направленных звуковых импульсов, то следует ограничение передаточного отражателя А, а также выходного отверстия нз подводящего рефлектора В, расположенного по оси Р, х выполнять коническою поверхностью Х,Р,Х для которой образующею служйт Р,Х При этом рекомендуется устанавливать направление звуковой передачи при помощи простого, расположенного своей осью параллельно Г,х диоптра или другого какого- либо визирного приспособления,Также и в приемных звуковых устройствах является полезным, для нахождения звукового источника, присоединять к комбинации рефлекторов кольцевой или какой-либо другой диоптр, визирное направление которого соответствует линии Р,х.Если источник звука связан с поверхностью земли, то для отыскания его положения достаточно азимутальной поворачиваемости оси У,х, укрепленной на штативе комбинаций отражателей, при чем укрепление это должно допускать также и поворачивание вокруг оси 7, у. Если, однако, источником звука является невидимый летательный аппарат, то одновременно должны быть определяемы его акустический азимут и угол высоты, для чего можно пользоваться изображенной на фиг. 5 комбинациею рефлекторов при участии двух наблюдателей, из которых один должен определить азимутальную, а другой - вертикальную плоскость звука.На вертикальной цапфе 1 штатива укреплена со свободою азимутального вращения вилка 2, образующая собой опору для горизонтальной опорной рамы 3, на которой накрепко насажены втулки 4, 5 для отражателей, Для достижения высокой чувствительности, звуковые отражатели в данном случае попарно обращены в разные стороны.Обе образующие собою азимутальную звуковую базу комбинации отражателей состоят, при описываемой форме выполнения, из попарно соединенных между собоо рефлекторов 7, 8, обе же, применяемые в качестве вертикальной звуковой базы, комбинации отражателей состоят каждая из трех, попарно конфокально установленных отражателей 9, 10, 11, а именно, из параболоидальных входных рефлекторов 9, к которым конфокально примыкают перпендикулярные к оси вилки 3, эллиптические отводящие отражатели 10, связанные, в свою очередь, с внутренними эллипсоидальными или параболоидальными отводящими рефлекторами 11, направляющими звуковые лучи либо в слуховой орган наблюдателя, либо к вертикально расположенной мембране микрофона 13, который при таком устройстве не подвергается никаким изменениям наклона, а потому не дает мешающих побочных шумов ни при азимутальном, ни при вертикальном поворачиваниирефлекторов. Броме того, на опорной раме 3, для облегчения отыскивания источника звука, установлена зрительная труба 12.Если дело идет о восприятии помощью микрофона импульсов, исходящих от находящихся на большом расстоянии источников звука, значительного протяжения, например, целых театральных оркестров и сценических представлений, то для этой цели оказывается пригодной форма выполнения, при которой к приемному параболоиду конфокально примыкают не одна, а две, расположенных по одной оси отводящих полых поверхности (в виде эллипсоидов илм параболоидов), так, чтобы с фокусом приемного параболоида, как показано на фиг. 6, совпадало по одному фокусу обоих отводящих эллипсопдов, в плоскости вторых фокусов которых устанавливается по микрофону. Звуковые лучи., поступающие параллельно оси приемного параболоида, воспринимаются поровну каждым из отводящих эллипсоидов, между тем как вся совокупность лучей, поступающих параллельно направлению 1, воспринимается эллипсоидом В, совокупность же лучей, поступающих параллельно направлению Н. воспринимается и отводится к микрофону эллипсоидом В, Вместо отводящих рефлекторов эллипсоидальной формы, в данном случае могут быть, конечно, применены и параболоидальные отражатели с наставленными цилиндрическими трубчатыми частями (фиг, 1, 2). Б приемнику параболоиду могут быть также конфокально присоединяемы четыре полых отводящих поверхности (эллипсоидальные или параболоидальные) таким образом, что все они образуют прямоугольный крест,На фиг. 7 схематически представлена еще другая форма выполнения, соответствующая фиг. 3. Собственно приемное устройство составлено при этом из двух. зеркально отражающих одна другую половин, На штативе Я укреплена поворотная дуга В, соединенная с достаточным зазором при помощи вертикальных цапф Я, с отводящими отражате лями В. Корпус каждого из обоих отводящих рефлекторов накрепко связан с сегментами червячных колес Я, и Я, находящихся в зацеплении с червячным шпинделем вр, приводимым во вращение при помощи маховичка Ь. Прп поворачивании этого маховичка, оба отводящих рефлектора В поворачиваются вокруг своих соответствующих цапф Я в противоположных направлениях, вследствие чего оси обоих приемных рефлекторов А устанавливаются под сходящимися углами друг к другуПри отсутствии такого устройства получалось бы, например, при передаче, исполнения оркестром музыкальных произведений, то неудобство, что пространство между вертикальными плоскостями, проходящими через оси приемных рефлекторов, оказалось бы мертвым пространством. Звуковые волны, которые чаправдялись бы из этого пространства к описанному приспособлению, не воспринимались бы последним, так как в приемном рефлекторе они отражадись бы в ту сторону, где не имеется отводящего отражателя. Если, поэтому требуется принять звуковые волны из подобного звукового источника, то толькочто описанное приспособление может быть установлено таким образом, чтобы оси приемных отражателей пересекались перед центром звуковых водя, в этом случае можно быть вполне уверенным, что все звуковые волны, выходящие из упомянутого источника к приспособлению, будут восприняты этим последним. Описанное приспособление может быть использовано и для того, чтобы по величине сходимости осей приемных рефлекторов и по расстоянию пх фокусов определить удаление звукового источника,Предмет патента,1, Приспособление ддя приема и пе. редачи звуковых сигналов, состоящее пз отражающих звук вогнутых поверхностей, характеризующееся тем, что одна из отражающих поверхностей А (фиг, 1 и 2), служащая приемным пли передаточным отражателем и выполненная в виде па; раболопда вращения, соединена с конфокально с нето устанавливаемою второю полою поверхностью вращения В, применяемою в качестве отводящего или приводящего отражателя.2, В охарактеризованном в и, 1 приспособлении устройство отводящего илн подводящего отражателя, отличающееся тем, что присоединенный к параболоидальному приемному илп передаточному отражателто А, конфокально с ним, отражатель В выполнен или в виде эллипсоида вращения и служит для отведения звуковых лучей к одному центру, или выполнен в виде параболонда вращения и служит для получения параллельного пучка звуковых лучей.3. Приспособление, охарактеризованное в п. и. 1 и 2., отличающееся тем, что поверхность приемного и отводящего отражателей ограничена плоскостью, проходящий через общий их фокус Р, и через лежащую в плоскости обеих осей отражателей точку пересечения Н, главных меридианов, перпендикулярно к названной плоскости (фиг. 3 и 4),4. Видоизменение охарактеризованного в и. 3 приспособления, отличающееся тем, что поверхность подводящего н передаточного отражателя ограничена по пмеюптей с ним общую ось конической поверхности, вершина которой расположена в фокусе Рпроизводящею же которой служит прямая, соединяющая этот фокус с точкой пересечения Н, главных меридианов обеих поверхностей (фиг. 3).5, Применение охарактеризованных в п. п. 1 - 4 приспособлений в виде комбинации двух отражателей ддя каждого направления. обращенных в противоположные стороны, укрепленных на поворачивающихся опорах и служащих для более точного определения направления поступающих лучей (фиг. 5).6. Видоизменение охарактеризованного в и. 1 - 3 и 5 приспособления, отличающееся применением добавочного. эдлипсопдального илп параболоидального отражателя 11, расположенного конфокально с отражателем 4 и служащего ддя соответственного отклонения звуковых лучей (фиг. 5).7. При охарактеризованном в и, и, 1 - 6 приспособлении применение располагаемых параллельно оси отражателя А или 9 оптических визирных приборов 12, служащих для обнаружения источника звука или определения направленияпередачи (фиг. 5),8. Видоизменение,охарактеризованного в п, 1 приспособления, отличающееся применением, с целью восприятия звуковых сигналов от отдаленных источГ. ат Бил 11 енилград,-дитография аК ролыд, 75 ников звука, добавочных одного или нескольких отражателей В, установленных конфокально с отражателем А (фиг, 6),9. Видоизменение охарактеризованного в и. п, 1 и 2 приспособления, отличавщееся тем, что два аггрегата, состоящие каждый из приеыного и отводящего отражателей, установлены поворотно на опоре таким образом, что оси приемных отражателей могут быть наклоняемы друг ь другу (фиг. 7).
Заявка
4127, 26.08.1925
Акц. Об-во К. П. Герц, Оптическое Заведение
М. Маурер, Э. Гашек
МПК / Метки
Код ссылки
Приспособление для приема и передача звуковых сигналов
Похожие патенты
Импульсным включением движения пушки 3 по полярной координате при постоянной скорости перемещения пушки 3 по линейной координате. Траектория перемещения точки "О." проходит в этом случае по оси симметрии образца.Методика определения оптимального угла наклона оси луча к поверхности образца представлена на фиг.1, где ан - начальный угол наклона оси пушки (луча); а - конечный угол наклона оси пушки (луча);Ла =а -ан - диапазон изменения углов наклона луча; а ач.1 - угол наклона оси пушки (луча) в начале участка с качественным формированием шва; а ач.г - угол наклона оси пушки (Луча) в конце участка с качественным формированием шва;Лаач -- а.ч,г -акач,1 диапазон изменения углов наклона оси пушки (луча) на участке с качественным формированием...
Получения наплыва прекращают в точке З запись и перематывают ленту обратно до положения.Е, разумеется, не производя приэтом. экспозиции. Затем на то же самоеместо производят вторую звуковую съемку, при чем амплитуда колебаний от своего.минимума в точке.Ь увеличивается досвоей нормальной величины. в точке З, и далее после этого места идет ужеобычная запись звука; Очевидно, что про-зрачности частей О, е фонограммы будутодинаковы и будут соответствовать рабо чей точкЕ Х нахарактеристике ленты.Средняя же прозрачность в части б фоно- граммы будеточевидно, меньше, чемв частях а, с. Рабочая точка на характе-ристике ленты уйдет из положения.У, пе-, ; реместившись по направлению к точке Л,а в силу того, что, как выше отмечалось,всякая...
Для чего предназначены провода? С первого взгляда это глупый вопрос - для передачи сигнала конечно. Без проводов не обойтись, они повсюду, путаются под ногами и это часто раздражает. В век цифровых технологий в нашем доме проводов стало на порядок больше. Многие из нас любят слушать музыку. Для того, чтобы не мешать другим мы часто используем наушники. Но увы, наушники, как и любое другое устройство для воспроизведения звукового сигнала имеет провода. В случае минигарнитуры эти провода очень часто повреждаются, этим наушник становится непригодным для дальнейшего пользования. Если гарнитура от неизвестного производителя, то срок эксплуатации уменьшается в несколько раз. В дешевых гарнитурах часто используют низкокачественные аудио-кабели, которые достаточно тонкие и часто рвутся. Такие обрывы незаметны и в некоторых случаях чинить попросту нет смысла. В этой статье мы рассмотрим способ прослушивания музыкальных треков (и не только) но при этом не будем использовать никаких проводов для передачи звука.
В чем смысл идеи? Аудио сигнал является переменным сигналом, для понятности, назовем его переменным током. Переменной ток, как мы знаем, изменяет величину и направление, следовательно может трансформироваться. Мы намотаем трансформатор с двумя обмотками. Одна из обмоток рассчитана на 4 Ом, поскольку эта обмотка будет подключена на выход звукового усилителя. Если вы планируете использовать звуковую карту ПК или выход наушников ноутбука (или других устройств), то советуется собрать отдельный на доступных микросхемах. Микросхемы серии TDA2003 или являются оптимальными вариантами (по цене и качеству). Эти микросхемы можно питать от напряжения USB выхода (5.5Вольт) компьютера. Ну, а если у вас есть портативные колонки или готовый усилитель мощности, то считайте, что вам повезло. Суть заключается в следующем: звуковой сигнал поступает на первичную обмотку трансформатора (трансформатор присутствует только гальванической развязки), на вторичной обмотке получаем тот же сигнал, который усиливаем источником постоянного напряжения.
Передача звука без проводов - схема
В нашем случае в качестве источника постоянного тока использован литий-ионный аккумулятор от мобильного телефона. Иными словами к обмотке трансформатора последовательно подключен аккумулятор и светодиод.
Трансформатор: ферритовое кольцо буквально любого диаметра. Хочу сказать, что диаметр кольца, проницательность феррита и количество витков в обеих обмотках не критичны. Были также использованы трансформаторы с железным сердечником, работает очень даже хорошо. Обе обмотки полностью аналогичны, состоят из 60 витков провода 0,4-0,8мм, Светодиод можно взять обычный белый или фиолетовый, возможно также применение ИК светодиодов. При использовании ИК светодиодов устройство будет менее чувствительно к посторонним факторам (солнечный свет или свет осветительных ламп).
Приемник - фотодиод, который можно заменить солнечную батарею или на самодельный фотоприемник. Талой приемник может быть изготовлен из транзисторов серии МП. Для этого можно взять любой из этих транзисторов (не зависимо от проводимости) срезать и верхнюю часть крышки. Эту операцию нужно проводить крайне осторожно, чтобы не повредить полупроводниковый кристалл транзистора.
В качестве передатчика можно использовать также лазерный диод (из игрушечных лазеров), что даст возможность передавать сигнал на довольно большие расстояния. Емкость переменного конденсатора в приемнике подбирается путем опытов (0,1-4,4мкФ), его можно вообще исключить из схемы, но это может повлиять на качество звука.
Для наилучшей работы такого прибора, передатчик устройства надо поместить корпус, куда свет не будет проникать. В моем случае фотодиод был установлен в пластмассовую гильзу с рефлектором, чтобы исключить попадание ненужного света на фотодиода.
Ранее, мы рассматривали варианты передачи сигнала, этот будет самым простым в своем роде, поскольку тут практически нет деталей. Статья напечатана для ознакомления с принципом с принципом работы такого метода. Сегодня аналогичный метод передачи сигнала используют в самых разных областях (направленные микрофоны и другие шпионские технологии).
Статья по акустике из журнала "Наука и жизнь" №10 за 1939 год, в которой рассказывается об особенностях передачи музыки на расстоянии (те же вопросы возникнут позже при звукозаписи) - реверберация, неравномерность распространения звуковых волн в помещении, различия в мощности звучания музыкальных инструментов и т.п.
Художественное вещание завоевало себе прочное место в советском быту. Передача музыки и живого слова на огромные расстояния уже давно перестала казаться чудом. А когда чудо становится обыденностью, начинаются "мелкие придирки". Раньше радиослушателя привлекала сама возможность услышать артиста, исполняющего свой номер в каком-нибудь далеком городе. Теперь его в первую очередь интересуют качество и натуральность передачи.
Вместе с ростом художественных требований слушателя росла и совершенствовалась радиовещательная техника. Современный первоклассный приемник дает очень высокое качество передачи. Однако всем известно, что в концертном зале оркестр звучит лучше, натуральнее, чем по радио. Чего же недостает современному приемнику для создания полной художественной иллюзии при передаче, например, симфонической музыки?
Прежде чем ответить на этот вопрос, познакомимся с основами техники передачи звука на расстояние.
Простейшая схема передачи звука.
Звуковая волна представляет собой колебания частиц воздуха, распространяющиеся от частицы к частице со скоростью примерно 330 м/сек. При звучании какого-либо тона частицы воздуха совершают колебательные движения. Высоту тона определяет число таких колебательных движений в секунду, называемое частотой тона.
Всем известно, что звуковая энергия очень быстро убывает с расстоянием, что "крикнуть" из Москвы в Харьков нельзя. Поэтому для передачи на далекие расстояния звук надо превратить в какой-то другой вид энергии, способный перемещаться с большей скоростью и меньшими потерями. Обычно таким переносчиком служит электрический ток, передающий энергию на большие расстояния с огромной скоростью, равной почти 300 000 км/сек.
Простейшая схема электрической передачи звука изображена на рис. 1, Здесь М - прибор, превращающий звуковые колебания в электрические и называемый микрофоном. Он заставляет электроны в проводах колебаться по такому же точно закону, по какому колеблются частицы воздуха под действием звука. Но микрофон создает очень маленькие мощности, поэтому вслед за ним ставится усилитель У1 – специальное устройство, которое во много раз повышает эти мощности, не меняя характера колебаний. Проволочная линия П соединяет место передачи с местом приёма. Длина ее часто достигает нескольких сот километров. Пройдя такое большое расстояние, колебания заметно ослабевают. Поэтому на приемном конце ставится второй усилитель У2, который увеличивает мощность колебаний до нужной величины. Последний элемент схемы, громкоговоритель Г, служит для обратного превращения электрической энергии в звуковую: колебания частиц воздуха, создаваемые громкоговорителем, имеют точно тот же характер, что "колебания электронов в проводах, т. е. громкоговоритель точно воспроизводит звуковые сигналы, возникающие перед микрофоном".
Такова схема, лежащая в основе всякой передачи звука, в том числе и радиопередачи.
Что недостаёт ещё современному приёмнику?
Попробуем теперь ответить на вопрос, поставленный в самом начале статьи.
Человек, глухой на одно ухо, не в состоянии определить направление звука. Человек, у которого оба уха слышат одинаково хорошо, легко определяет, с какой стороны к нему приходит звук. Сама собой напрашивается мысль, что человек определяет направление звука благодаря тому, что слушает одновременно двумя ушами. Современная акустикa рисует этот процесс так: для высоких звуков, имеющих частоту выше 3 тыс. колебаний в секунду, голова человека служит почти непреодолимым препятствием, и за ней образуется "звуковая тень", т. е. пространство, почти лишенное звуковой энергии (рис. 2, а); при этом дальнее ухо слышит звук слабее, чем ближнее, т.е. направление звука человек осознает за счет разности громкостей; низкие звуки, частота которых лежит ниже 3000 колебаний в секунду, свободно огибают голову человека (рис. 2, b), и оба уха воспринимают почти одинаковую громкость; для таких частот основную роль играет то, что звуковая волна достигает ближнего уха на несколько долей секунды раньше, чем дальнего, т. е. здесь важна разница во времени.
Благодаря этим явлениям человек, слушая симфонический оркестр, по звуку угадывает положение отдельных инструментов на сцене. Чтобы оркестр передавался по радио "натурально, чтобы звук не сделался мертвым, "плоским", надо на месте приёма воспроизвести перспективу звука, его объем.
Ни один современный приемник, как бы "чисто" он ни работал, такого эффекта создать не может, так как к слушателю звук всегда приходит из одной точки - громкоговорителя. Чтобы передача была действительно натуральной, надо создать такие условия, при которых слушатель, не видя оркестра, мог бы легко определять, (вправо или влево, близко или далеко от него расположен каждый инструмент. Это значит, что если оркестр играет в зале № 1, а слушатели находятся в зале № 2, то в любой точке зала № 2 должны создаваться такие же звуковые колебания и в той же последовательности, как и в соответствующей точке зала №1. Из этого условия вытекает другое, более конкретное.
Дело в том, что звуковая волна, распространяясь в закрытом помещении, встречает на своем пути стены и другие препятствия. При этом она частью поглощается данным предметом, а частью отражается от него и распространяется дальше, но уже по другому направлению. Каждая звуковая волна может испытать несколько отражений раньше, чем достигнет уха слушателя. Так как звук распространяется сравнительно медленно, в больших помещениях такая волна-путешественница может дойти до уха слушателя через несколько секунд после того, как звук прекратился. Это интересное явление, позволяющее слышать источник звука, когда он уже перестал звучать, носит название реверберации.
Опыты показали, что роль отраженных волн очень велика. В концертном зале они составляют примерно девять десятых всех звуковых волн, достигающих уха слушателя. Поэтому для точного воспроизведения необходимо, чтобы все отражения в зале № 2 происходили точно так же, как в зале №1, т. е. оба зала должны иметь одинаковый объем, одинаковую форму и одинаковые акустические свойства.
Уяснив задачу, попробуем найти для нее правильное решение. Как всегда при решении новых вопросов начнем с "научной фантастики", т. с. найдем решение, заведомо невыполнимое, но идеально отвечающее поставленным требованиям. После этого можно "спуститься с небес на землю" и найти практическое решение, наиболее близкое к идеальному.
"Научная фантастика".
Пусть передача происходит в зале №1, а слушатели находятся в зале №2, причем оба зала одинаковы. И представим себе, что в зале №1 между публикой и оркестром повешен некий волшебный занавес, густо усеянный бесконечным множеством мельчайших микрофонов, но совершенно "прозрачный" для звуковых волн. Такой же занавес помещен между публикой и воображаемым оркестром в зале №2, но он уже покрыт сетью мельчайших громкоговорителей. Число и размещение их точно совпадают с числом и размещением микрофонов на первом занавесе. Каждый микрофон соединен с соответствующим ему громкоговорителем по схеме рис. 1.
Для воспроизведения всех нюансов при игре симфонического оркестра нужно передавать бесконечно широкую полосу частот. Кроме того, передающая система должна воспроизводить все мощности звука, которые для большого симфонического оркестра могут изменяться в 10 млн. раз!
Чтобы схема была во всех отношениях идеальной, условимся, что каждая из получившихся передающих систем, которые назовем каналами передачи, воспроизводит все частоты и все громкости одинаково точно. Ясно, что, выполнив все эти условия, мы получим идеальное воспроизведение: как только в зале № 1 зазвучит оркестр, репродукторы в зале № 2 точно воспроизведут пространственный узор звуковых колебаний, возникших в первом зале.
К сожалению, описанную передающую систему мы можем построить лишь мысленно. Выясним, насколько можно и нужно приблизиться к такому идеальному решению на практике.
"Спускаемся на землю".
Сначала вспомним о том что слушатели никогда не рассаживаются среди оркестрантов, а всегда на значительном расстоянии от них. При этом неточности объемной передачи звука становятся менее заметными подобно тому, как на большом расстоянии скрадываются недостатки плохого чертежа. А если требования снижаются, можно попробовать заменить бесчисленное множество каналов передачи всего лишь двумя или тремя.
Это предположение было проверено американцами Сноу и Стейнберг, которые проделали следующий опыт (рис. 3): в зале, отведенном для передачи, выделялась так называемая "звуковая площадка", по которой мог перемещаться говорящий человек. На площадке были отмечены 9 контрольных позиций, показанных на нашем рисунке. Вдоль одной из сторон площадки размещались 3 микрофона. Каждый микрофон соединялся по схеме рис. 1 с соответствующим громкоговорителем на "фиктивной звуковой площадке", удаленной от первого бала и отгороженной легким занавесом от большой контрольной аудитории. В последней находилась группа из 12 наблюдателей, обладающих хорошим музыкальным слухом
. Каждый наблюдатель имел карандаш и листок бумаги, на котором была проведена линия, изображавшая занавес.
Диктор на звуковой площадке говорил с 15 позиций, включая 9 контрольных, а наблюдатели отмечали для каждой позиции кажущееся положение диктора относительно занавеса на своих листках. 15 позиций вместо 9 были взяты для того, чтобы исключить возможность запоминания.
Результаты измерении для двух и трех каналов передачи даны на рис. 4 (a и b). Как и следовало ожидать, два канала дают меньшую точность воспроизведения, чем три канала, что особенно заметно на средних позициях (позиции 4, 5, 6). Правда, многие читатели скажут, что и три канала дают далеко не блестящие результаты. Для таких придирчивых читателей мы помещаем рис. 4 с, соответствующий тому случаю, когда диктор перешел на фиктивную звуковую площадку и наблюдатели слушали его голос непосредственно. Как видео из рисунка, слуховой аппарат человека сам дает очень большую ошибку.
Несовершенство человеческого слухового аппарата позволяет ввести еще одно очень важное упрощение.
Несколько раньше мы говорили, что для идеального воспроизведения игры симфонического оркестра нужно передавать бесконечно широкую полосу частот, а это практически невыполнимо. Но человеческое ухо способно слышать лишь звуки, частота которых лежит в пределах от 16 до 20000 колебаний в секунду. Передавать частоты, лежащие вне этих пределов совершенно бессмысленно: ухо их все равно не услышит. Кроме того, чтобы крайние частоты слышимых звуков воздействовали на ухо, они должны иметь огромную интенсивность. В симфоническом оркестре они очень слабы, поэтому можно еще больше сократить передаваемую полосу, ограничив ее частотами 40 и 15 000 периодов в секунду. Такую полосу частот уже нетрудно передать равномерно.
В отношении диапазона громкостей, наоборот, человеческое ухо обычно недоиспользуется. Раньше мы уже говорили, что для большого симфонического оркестра отношение самого громкого звука к самому тихому равно примерно 10 млн. В то же время для человеческого уха отношение самого громкого звука, воспринимаемого без боли, к самому тихому, который ухо может уловить, достигает 10 млрд. раз. Значит, можно расширить диапазон громкостей симфонического оркестра в тысячу раз! Для этого достаточно поставить в конце каждого канала специальный регулятор громкости, который мог бы во много раз усиливать наиболее громкие звуки и ослаблять наиболее тихие. В руках опытного дирижера это устройство позволяет значительно увеличить художественный эффект, создаваемый игрой оркестра.
Итак, от идеализированной, фантастической схемы мы пришли к реальной, практически выполнимой передающей системе, не только дающей хорошее объездное воспроизведение, но я увеличивающей воздействие на слушателя по сравнению с натуральной передачей.
Однако, не все обстоит так гладко, как до сих пор казалось.
Новое затруднение.
Дело в том, что различные инструменты симфонического оркестра по-разному излучают звуковую энергию. Инструменты нижнего регистра, такие, как литавры, тромбон-бас и др., излучают звуковую энергию почти равномерно во все стороны. Инструменты верхнего регистра, такие, как пикколо, скрипка или арфа, излучают почти всю звуковую энергию по вполне определенному направлению. Это объясняет тот факт, что во всяком концертном зале, как бы хорош он не был, симфонический оркестр звучит в разных местах по-разному.
Для примера возьмем мало вероятный, но показательный случай, когда на сцене играют лишь скрипка и тромбон-бас. На рис. 5 штриховкой показана часть зала, в которую скрипка излучает почти всю звуковую энергию. Считаем, что тромбон-бас излучает энергию равномерно во все стороны. Если бы в зрительном зале не было реверберации, то зритель в точке А слышал бы и скрипку и тромбон, а зритель в точке В слышал бы… только тромбон. В действительности, благодаря явлению реверберации, звук скрипки после многократных отражений дойдет до точки В, но будет несколько ослаблен и изменит свою окраску.
Как нетрудно догадаться, это новое для нас явление сильно затрудняет передачу симфонической музыки по проводам. Действительно, теперь для идеального воспроизведения необходимо, чтобы громкоговорители передавали звук каждого инструмента по тому направлению, которое для него характерно, иначе пространственный узор звуковых колебаний будет грубо искажен. В то же время невозможно построить громкоговоритель, который "сортировал" бы оркестровую музыку по инструментам, а затем по направлению. Выходит, что передающая система, которую мы недавно так высоко оценивали, принципиально не может дать натурального воспроизведения даже при бесконечно большом числе каналов. Как же быть?
Прокрустово решение.
Древние греки в одном из своих сказаний упоминают о свирепом великане Прокрусте. Этот великан укладывал людей в постель и, если она оказывалась для лих коротка, обрубал выступавшие часта тела, а если длинна - растягивал им суставы.
Часто при решении технических трудностей приходится поступать по примеру этого древнего великана. В частности, в описанной системе угол, в пределах которого излучает свою энергию громкоговоритель, подобен прокрустову ложу, которое нельзя увеличивать или уменьшать. Углы, в пределах которых излучают звук различные музыкальные инструменты, подобны жертвам великана, которых надо кромсать или растягивать, чтобы приспособить к этому ложу.
Исходя из такого принципа, американец Флетчер, автор описанной нами передающей системы, использовал два громкоговорителя в каждом канале. Один громкоговоритель, воспроизводивший только низкие частоты, излучал звуковую энергию равномерно во все стороны, подобно инструментам низшего регистра. Другой, воспроизводивший высокие частоты, излучал звуковую энергию в пределах угла, лежавшего по середине между наибольшим и наименьшим углами для инструментов высокого регистра. При этом для одних инструментов угол излучения срезался, для других растягивался, но оркестр в целом звучал почти натурально.
Первую публичную демонстрацию своего устройства Флетчер провел в апреле 1933 г., причем слушатели находились в Зале Конституции, в Вашингтоне, на расстоянии 140 миль от оркестра, который играл в Академии музыки в Филадельфии. Эта демонстрация дала блестящие результаты и вызвала много восторженных отзывов слушателей.
В 1935 г. опыты Флетчера были весьма успешно повторены в Москве Центральной лабораторией Граммпласттреста под руководством проф. И. Е. Горон.
Обе эти демонстрации наглядно показали, что в отношении точности расположения инструментов слушатель обычно мало требователен, и поэтому "прокрустово решение" в данном случае вполне себя оправдывает.
В данном очерке мы говорили лишь об объемной передаче симфонической музыки. Однако описанная система должна получить гораздо большее применение и в радиовещании и в звуковом кино. Чтобы убедиться в этом, достаточно вспомнить разочарованные лица кинозрителей, которые видят актера двигающимся на экране, а звук его голоса воспринимают откуда-то со стороны, из неподвижной точки - громкоговорителя. Вполне понятно, что с развитием высококачественного телевидения те же неприятности предстоит испытать будущему радиозрителю, если только в то время не будет объемной передачи звука.
Нa строительстве величайшего памятника нашей эпохи - Дворца Советов впервые поставлен вопрос о применении системы Флетчера для объемного воспроизведения звука в Большом зале Дворца.
