Что такое электрический сигнал. Виды электрических сигналов
В данной статье расскажем что такое постоянный ток или электрический сигнал.
Постоянный ток (напряжение), или постоянный сигнал – не изменяющийся по амплитуде и по знаку в течение продолжительного времени электрический сигнал. Источниками постоянного тока служат обычные гальванические элементы — батарейки, аккумуляторы, вторичные источники питания – адаптеры различных бытовых приборов, блоки питания, вмонтированные в различную аппаратуру. Привожу простейшую схему питания постоянным током и его временной (ударение ставить на «о») график (рис.1):
На схеме изображены: Gb – гальваническая батарея и R – сопротивление нагрузки (сигнальная лампа).
Понятие постоянный сигнал используется, как правило, в элементах автоматики и цифровой логики и обозначает наличие, или отсутствие напряжения на входе, или выходе какого либо устройства. Состоянию «высокий уровень», или «логическая единица» (участок 3-4) соответствует наличие сигнала. Состоянию «низкий уровень», или «логический ноль» (участки 1-2 и 5-6) соответствует отсутствие сигнала.
К кратковременным сигналам относят: импульсы различной формы и пачки импульсов.
Импульс – это кратковременный сигнал. Импульс может иметь различную амплитуду I(U), длительность (τ) и форму, вплоть до хаотичной. Все эти параметры определяются источником этого импульса и элементами (электрической цепью) через которую он проходит, изменяясь при этом. На рисунке 2 изображена простейшая схема получения прямоугольного импульса и временной график одиночного прямоугольного импульса.
На схеме изображены: Gb – гальваническая батарея, S – выключатель, R – сопротивление нагрузки (сигнальная лампа). На временном графике показан действующий ток (напряжение) в различные временные отрезки:
— участок 1-2 когда S выключен – тока нет;
— участок 2-3 – в момент включения S – ток резко нарастает;
— участок 3-4 когда S включен – ток имеет постоянную величину, этот участок графика имеет свойство постоянного тока;
— участок 4-5 – в момент выключения S – ток резко уменьшается;
— участок 5-6 когда S выключен — тока нет.
Импульс, у которого длительность стремится к нулю, называется гамма-импульс. Объясню проще, гамма-импульс – это участок 2-3 – в момент включения выключателя S на рисунке 2. Выглядит гамма-импульс следующим образом:
Источником гамма-импульса может быть любое замыкание электрической цепи, в результате которого происходит искровой разряд. Это может быть: природная молния, искра, возникающая при включении и выключении электроприборов, искра от коллектора работающего щёточного двигателя, или замыкающихся (размыкающихся) контактов реле.
Из всех видов электрических сигналов, гамма-импульс единственный, который присутствует во всех существующих в природе частотах.
В световом спектре: — в инфракрасном, в видимом, в ультрафиолетовом;
В радио спектре: — во всех диапазонах радиоволн;
В звуковом диапазоне: — на высоких и средних частотах, а с уменьшением частоты (где этим можно пренебречь), амплитуда гамма-импульса уменьшается до нуля.
Такое свойство гамма-импульса, назвали «белый шум». Другими словами говорят: Гамма-импульс имеет спектр частот «белого шума». Возьмите в руки радиоприёмник и встаньте недалеко от работающего сварщика. В моменты образования искры между электродом и свариваемым материалом, Вы увидите искру, кроме того, Вы услышите в приёмнике гул, забивающий сигнал от радиостанции, не зависимо от того, на какую частоту приёмник настроен, но ещё Вы едва услышите слабый звук шипения. Сварщик пользуется маской для того, чтобы не сжечь сетчатку глаз мощным ультрафиолетовым светом, исходящим от сварочной дуги.
Гамма-импульс так же является источником радиации. В зависимости от источника гамма-импульса, амплитуда его спектра в различных диапазонах частот так же различна, в том числе различно и воздействие на человека. Ведь человек не «облучается» радиацией от выключателя в комнате, или сварщик от своего сварочного аппарата.
Гамма-импульс тем больше выражен, чем больше его амплитуда и меньше сопротивление нагрузки. При этом его длительность максимально стремится к нулю, а частотный диапазон расширяется.
Известный всем Трансформатор Тесла работает благодаря гамма-импульсу. Если бы не было гамма-импульса в природе, то не было и самого Трансформатора Тесла. Моё личное мнение о возможности существования Водородного генератора Мэйера основывается так же на эффекте гамма-импульса, но это, я излагаю в другом разделе и статье.
Пачка импульсов – это серия импульсов, следующих друг за другом с установленными промежутками времени. В пачке, могут различаться как сами импульсы (по форме, амплитуде, длительности), так и промежутки времени их следования. Дистанционное управление различными радиоустройствами, как правило, производится сигналами, представляющими из себя пачки импульсов. Это пульты дистанционного управления телевизорами, другими бытовыми приборами, автомобильной сигнализацией, а так же более сложными устройствами.
Виды простых периодических сигналов и амплитуда электрического сигнала
1. Переменный ток (напряжение) – изменяющийся по амплитуде и по знаку с определённым периодом T (частотой — ƒ). Обычно переменным током называют — синусоидальный ток. Все другие виды, которые мы рассмотрим ниже, это тоже переменный ток, но они имеют другие специфические названия. Источниками переменного синусоидального тока являются силовые генераторы различных типов и мощности на электростанциях, источники бесперебойного питания компьютеров, которые преобразуют постоянный ток аккумуляторных батарей в переменный ток. Переменный ток, а правильнее – переменное напряжение 220 вольт частотой ƒ = 50 Гц имеется в электрической розетке в каждом доме, если конечно дом не в пещере или глухом лесу. Привожу простейшую схему питания переменным током и его временной график:
На схеме: Е – генератор переменного тока. Как видно на графике, переменный ток можно охарактеризовать следующими параметрами: Амплитуда тока I – определяемого нагрузкой, амплитуда напряжения U и частота ƒ. Для всех видов переменного (периодически изменяющегося) тока имеется величина обратная частоте, её называют период T. Период связан с частотой простым выражением:
T = 1 / ƒ
К периодическим сигналам относят все ниже следующие виды сигналов и их разновидности. Источниками этих видов сигналов могут быть специальные генераторы или преобразователи.
2. Периодический прямоугольный сигнал – это сигнал, имеющий прямоугольную форму составляющих его импульсов, амплитуда которых постоянна (одинакова). Частота повторения импульсов ƒ периодического прямоугольного сигнала так же постоянна. Привожу временной график периодического прямоугольного сигнала:
Кроме параметров характеризующих синусоидальный сигнал, прямоугольный сигнал характеризуется показателем – скважность импульсов (S) – это показатель, характеризующий отношение длительности импульсов к длительности их отсутствия.
3. Меандр – периодический сигнал прямоугольной формы, длительность импульса и длительность паузы которого в периоде равны. Другими словами, меандр — периодический прямоугольный сигнал со скважностью, равной 2. Все показатели, характеризующие прямоугольный сигнал, подходят и к Меандру. Привожу временной график меандра:
4. Пилообразный сигнал – это сигнал, имеющий пилообразную форму составляющих его импульсов, амплитуда и частота следования импульсов, которого постоянна. Привожу временной график пилообразного сигнала:
Как и прямоугольный сигнал, пилообразный характеризуется показателями – амплитуда импульсов и частота следования (период следования) импульсов. Самое известное распространение пилообразного сигнала это – генераторы развёрток телевизоров и осциллографов с применением кинескопа (электровакуумной трубки).
5. Трапециевидный сигнал – это сигнал, импульсы которого имеют форму трапеции, амплитуда и частота следования импульсов, которого постоянна. Привожу временной график трапециевидного сигнала:
Трапециевидный сигнал характеризуется показателями – амплитуда импульсов, частота следования (период следования) импульсов. Это самый редкий из периодических сигналов.
Были перечислены самые важные виды электрических сигналов, все остальные виды – это их модификации (комбинированные сигналы). Кроме того, все электрические сигналы, могут быть смещены, как в область более положительного напряжения, так и в область отрицательного напряжения, их название от этого не меняется. Со всеми вышеперечисленными сигналами Вы будете периодически сталкиваться в радиолюбительской практике.
Бывают более сложные виды сигналов, например модулированные сигналы:
— Амплитудно-модулированный сигнал;
— Частотно-модулированный сигнал;
— Фазо-модулированный сигнал;
— Фазо-частотно-модулированный сигнал;
— Фазо-кодо-манипулированный сигнал.
Электрический сигнал Википедия
Сигнал — материальное воплощение сообщения для использования при передаче, переработке и хранении информации.[1]
Сигна́л — (символ, знак), созданный и переданный в пространство (по каналу связи) одной системой, либо возникший в процессе взаимодействия нескольких систем. Смысл и значение сигнала проявляются после регистрации и интерпретации в принимающей системе.
Сигна́л (в теории информации и связи) — носитель информации, используемый для передачи сообщений в системе связи.
Сигнал может генерироваться, но его приём не обязателен, в отличие от сообщения, которое рассчитано на принятие принимающей стороной, иначе оно не является сообщением. Сигналом может быть любой физический процесс, параметры которого изменяются (или находятся) в соответствии с передаваемым сообщением.
Сигнал, детерминированный или случайный, описывают математической моделью, функцией, характеризующей изменение параметров сигнала. Математическая модель представления сигнала, как функции времени, является основополагающей концепцией теоретической радиотехники, оказавшейся плодотворной как для анализа, так и для синтеза радиотехнических устройств и систем. В радиотехнике альтернативой сигналу, который несёт полезную информацию, является шум — обычно случайная функция времени, взаимодействующая (например, путём сложения) с сигналом и искажающая его. Основной задачей теоретической радиотехники является извлечение полезной информации из сигнала с обязательным учётом шума.
Понятие сигнал позволяет абстрагироваться от конкретной физической величины, например тока, напряжения, акустической волны и рассматривать вне физического контекста явления связанные ированием информации и извлечением её из сигналов, которые обычно искажены шумами. В исследованиях сигнал часто представляется функцией времени, параметры которой могут нести нужную информацию. Способ записи этой функции, а также способ записи мешающих шумов называют
В связи с понятием сигнала формулируются такие базовые принципы кибернетики, как понятие о пропускной способности канала связи, разработанное Клодом Шенноном и об оптимальном приёме, разработанная В. А. Котельниковым.
Классификация сигналов[ |
электрический сигнал — это… Что такое электрический сигнал?
- электрический сигнал
электрический сигнал
[Я.Н.Лугинский, М.С.Фези-Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.]Тематики
- электротехника, основные понятия
Справочник технического переводчика. – Интент. 2009-2013.
- электрический свет
- электрический сигнал акустической эмиссии
Смотреть что такое «электрический сигнал» в других словарях:
Электрический сигнал АЭ — 1.4.2. Электрический сигнал АЭ D. Elektrischen Schallemissionssignal E. Electrical AE signal Электрический сигнал на выходе приемного преобразователя, возникающий при воздействии на него механического сигнала АЭ Источник: МИ 198 79: Акустическая… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
электрический сигнал — elektrinis signalas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electrical signal vok. elektrisches Signal, n rus. электрический сигнал, m pranc. signal électrique, m … Fizikos terminų žodynas
Электрический сигнал — Сигнал это физический процесс, содержащий в себе некоторую информацию. На практике чаще всего используются электрические сигналы. При этом носителем информации является изменяющиеся во времени ток или напряжение в электрической цепи.… … Википедия
электрический сигнал акустической эмиссии — Сигнал АЭ на выходе преобразователя АЭ. [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения (справочное пособие). Москва 2003 г.] электрический сигнал акустической эмиссии Электрическое… … Справочник технического переводчика
электрический сигнал типа, стандартизованного в Рекомендации МСЭ-Т G.703, со скоростью передачи порядка q — электрический сигнал типа стандартизованного в Рекомендации МСЭ Т G.703, со скоростью передачи порядка q (q = 11, 12, 21, 22, 31, 32, 4) (МСЭ Т G.783). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные… … Справочник технического переводчика
электрический силоизмеритель испытательной машины — Силоизмеритель, в котором измеряемое усилие преобразуется в электрический сигнал, воздействующий на показывающий или регистрирующий прибор. Примечание В зависимости от вида преобразователя электрические силоизмерители могут быть: тензометрические … Справочник технического переводчика
электрический — 3.45 электрический [электронный, программируемый электронный]; Е/Е/РЕ (electrical/electronic/ programmable electronic; Е/Е/РЕ) основанный на электрической и/или электронной, и/или программируемой электронной технологии. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
сигнал — 3.4 сигнал (signal): Воздействие на органы чувств оператора, характеризующее состояние или изменение состояния производственного оборудования. Настоящий стандарт описывает сигналы, распознаваемые органами зрения (видеодисплей), слуха… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
электрический импульс — 4.20 электрический импульс (elektrischer Impuls): Электрический сигнал (напряжение, ток или сопротивление), который за ограниченный промежуток времени отклоняется от начального значения, а затем возвращается к этому значению. Источник: ГОСТ Р ЕН… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
сигнал акустической эмиссии — 3.8 сигнал акустической эмиссии: «Полезный» сигнал, возбуждаемый дефектом в процессе АЭ контроля и имеющий акустическую природу. Источник: ГОСТ Р 52727 2007: Техническая диагностика. Акустико эмиссионная диагностика. Общие требования … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Электрический сигнал АЭ — это… Что такое Электрический сигнал АЭ?
- Электрический сигнал АЭ
1.4.2.
Электрический сигнал АЭ
D. Elektrischen Schallemissionssignal
E. Electrical AE signal
Электрический сигнал на выходе приемного преобразователя, возникающий при воздействии на него механического сигнала АЭ
Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.
- Электрический сепаратор
- электрический силовой агрегат
Смотреть что такое «Электрический сигнал АЭ» в других словарях:
электрический сигнал — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN electric signal … Справочник технического переводчика
электрический сигнал — elektrinis signalas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electrical signal vok. elektrisches Signal, n rus. электрический сигнал, m pranc. signal électrique, m … Fizikos terminų žodynas
Электрический сигнал — Сигнал это физический процесс, содержащий в себе некоторую информацию. На практике чаще всего используются электрические сигналы. При этом носителем информации является изменяющиеся во времени ток или напряжение в электрической цепи.… … Википедия
электрический сигнал акустической эмиссии — Сигнал АЭ на выходе преобразователя АЭ. [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения (справочное пособие). Москва 2003 г.] электрический сигнал акустической эмиссии Электрическое… … Справочник технического переводчика
электрический сигнал типа, стандартизованного в Рекомендации МСЭ-Т G.703, со скоростью передачи порядка q — электрический сигнал типа стандартизованного в Рекомендации МСЭ Т G.703, со скоростью передачи порядка q (q = 11, 12, 21, 22, 31, 32, 4) (МСЭ Т G.783). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные… … Справочник технического переводчика
электрический силоизмеритель испытательной машины
электрический — 3.45 электрический [электронный, программируемый электронный]; Е/Е/РЕ (electrical/electronic/ programmable electronic; Е/Е/РЕ) основанный на электрической и/или электронной, и/или программируемой электронной технологии. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
сигнал — 3.4 сигнал (signal): Воздействие на органы чувств оператора, характеризующее состояние или изменение состояния производственного оборудования. Настоящий стандарт описывает сигналы, распознаваемые органами зрения (видеодисплей), слуха… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
электрический импульс — 4.20 электрический импульс (elektrischer Impuls): Электрический сигнал (напряжение, ток или сопротивление), который за ограниченный промежуток времени отклоняется от начального значения, а затем возвращается к этому значению. Источник: ГОСТ Р ЕН… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
сигнал акустической эмиссии — 3.8 сигнал акустической эмиссии: «Полезный» сигнал, возбуждаемый дефектом в процессе АЭ контроля и имеющий акустическую природу. Источник: ГОСТ Р 52727 2007: Техническая диагностика. Акустико эмиссионная диагностика. Общие требования … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
СИГНАЛ — это… Что такое СИГНАЛ?
втеории информации — физ. процесс, значения параметровк-рого отображают передаваемое сообщение. С., с одной стороны, определяетсяфиз. природой канала, по к-рому происходит его распространение (акустич.,эл.-магн. и т. д.), с другой — параметрами, несущими сообщение,- информационнымипараметрами С. Отображение сообщения в С. осуществляется путём модуляции(рис.), обратный процесс, извлекающий сообщение из С., наз.
демодуляцией.
Генератор носителя порождает процесс (наз. носителем), описываемыйф-цией времени t:
Величины а, b, с,… представляют собой в отсутствие модуляциипост. параметры. В модуляторе эти информац. параметры изменяются в зависимостиот поступившего сообщения. Так, если сообщение — число, то приращение информац. Если в качестве носителя выбрано гармонич. колебание,
, то информац. параметрами являются амплитуда А, частота со и начальнаяфаза 
Носитель f(t), т. о., может быть подвергнут амплитудной (AM), частотной (ЧМ) и фазовой(ФМ) модуляции. AM широко применяется в телефонии, ЧМ — в телевидении, Если носителем является последовательность импульсов определ. формы, При передаче по каналу С. S(t )взаимодействует с помехой Z(t)- физ. процессом, вносящим дополнительные по сравнению с модуляциейизменения в значении его информац. параметров.
Принятый сигнал 
отличается от S(t)., называемого полезным С., здесь 
— нек-рый оператор. В частном случае, когда оператор вырождается в сумму, Y = S + Z, помеха наз. аддитивной. Возможны и более сложные случаи — мультипликативная помеха, замирание сигнала и т. д. Развиты теория и методы фильтрации, обнаружения, выделения полезного С. на фоне помех. л. н. Ефимов.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.
электрический сигнал — это… Что такое электрический сигнал?
- электрический сигнал
- electric signal
электрический сигнал
—
[Я.Н.Лугинский, М.С.Фези-Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.]Тематики
- электротехника, основные понятия
EN
Русско-английский словарь нормативно-технической терминологии. academic.ru. 2015.
- электрический свет
- электрический сигнал акустической эмиссии
Смотреть что такое «электрический сигнал» в других словарях:
электрический сигнал — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN electric signal … Справочник технического переводчика
Электрический сигнал АЭ — 1.4.2. Электрический сигнал АЭ D. Elektrischen Schallemissionssignal E. Electrical AE signal Электрический сигнал на выходе приемного преобразователя, возникающий при воздействии на него механического сигнала АЭ Источник: МИ 198 79: Акустическая… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
электрический сигнал — elektrinis signalas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electrical signal vok. elektrisches Signal, n rus. электрический сигнал, m pranc. signal électrique, m … Fizikos terminų žodynas
Электрический сигнал — Сигнал это физический процесс, содержащий в себе некоторую информацию. На практике чаще всего используются электрические сигналы. При этом носителем информации является изменяющиеся во времени ток или напряжение в электрической цепи.… … Википедия
электрический сигнал акустической эмиссии — Сигнал АЭ на выходе преобразователя АЭ. [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения (справочное пособие). Москва 2003 г.] электрический сигнал акустической эмиссии Электрическое… … Справочник технического переводчика
электрический сигнал типа, стандартизованного в Рекомендации МСЭ-Т G.703, со скоростью передачи порядка q — электрический сигнал типа стандартизованного в Рекомендации МСЭ Т G.703, со скоростью передачи порядка q (q = 11, 12, 21, 22, 31, 32, 4) (МСЭ Т G.783). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные… … Справочник технического переводчика
электрический силоизмеритель испытательной машины — Силоизмеритель, в котором измеряемое усилие преобразуется в электрический сигнал, воздействующий на показывающий или регистрирующий прибор. Примечание В зависимости от вида преобразователя электрические силоизмерители могут быть: тензометрические … Справочник технического переводчика
электрический — 3.45 электрический [электронный, программируемый электронный]; Е/Е/РЕ (electrical/electronic/ programmable electronic; Е/Е/РЕ) основанный на электрической и/или электронной, и/или программируемой электронной технологии. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
сигнал — 3.4 сигнал (signal): Воздействие на органы чувств оператора, характеризующее состояние или изменение состояния производственного оборудования. Настоящий стандарт описывает сигналы, распознаваемые органами зрения (видеодисплей), слуха… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
электрический импульс — 4.20 электрический импульс (elektrischer Impuls): Электрический сигнал (напряжение, ток или сопротивление), который за ограниченный промежуток времени отклоняется от начального значения, а затем возвращается к этому значению. Источник: ГОСТ Р ЕН… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
сигнал акустической эмиссии — 3.8 сигнал акустической эмиссии: «Полезный» сигнал, возбуждаемый дефектом в процессе АЭ контроля и имеющий акустическую природу. Источник: ГОСТ Р 52727 2007: Техническая диагностика. Акустико эмиссионная диагностика. Общие требования … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
шаг 1 — как голос превращается в электрический сигнал / ВымпелКом (Билайн) corporate blog / Habr
Все мы пользуемся мобильной связью, и не задумываемся, насколько сложный путь приходится пройти нашему голосу, чтобы быть услышанным собеседником, за сотни и тысячи километров. Огромный объем задач выполняется самой простой телефонной трубкой, даже в момент ожидания вызова (когда она лежит у вас на столе), и поневоле проникаешься уважением к тем, кто все это разработал сначала в теории, а потом и воплотил в реальном оборудовании.За обычными действиями: взять телефон, набрать номер, и услышать голос в трубке, скрывается столько технических деталей, фундаментальных открытий и технологических преобразований, что нам потребуется разбить описание на несколько этапов, и рассмотреть каждый из них отдельно.
Начиналось-то все просто.
Первое что приходит в голову, когда мы пытаемся общаться на большом расстоянии – увеличить громкость источника звука, например с помощью рупора как на рисунке выше, и чувствительность приемника:
Однако, если необходимо передать звук между помещениями, рупоры становятся бесполезны, и пытливый инженерный ум, разработал варианты «воздухопроводов», по которым можно передать сообщение от одной точки до другой.
Для примера – переговорные устройства, которые до сих пор можно встретить на больших кораблях:
Все эти ухищрения, позволяют передать звуковые колебания (из которых собственно и состоит наша речь), на немного большие расстояния, чем задумано природой. Но нам требуется обеспечить передачу голоса практически на неограниченное расстояние, через любые препятствия!
Так появляется идея не передавать оригинальные звуковые волны, а провести промежуточное преобразование в другую передающую среду, которая сохранит необходимую информацию без потери данных, и позволит восстановить ее на принимающей стороне. В качестве промежуточной среды могут быть использованы различные материалы или физические явления.
В детстве, вероятно, многие занимались изготовлением «телефонов» из подручных средств, например пара коробков и обычная нить:
При всей простоте решения, звук из одного коробка, через упругие колебания нити, отлично передается на второй, где его можно отчетливо расслышать. Однако минусов в этом решении намного больше плюсов: для передачи упругих колебаний от коробка по нити, требуется натянуть нить и обеспечить, чтобы она ни к чему не прикасалась; максимальное расстояние, на которые можно передать голос с использованием таких упругих колебаний – всего десятки метров и т.д. Все это исключает возможность использования этого, и подобных ему, преобразований, в качестве реального переговорного устройства.
Описанные выше поиски вариантов передачи голоса, приводят нас к необходимости выбора подходящей промежуточной среды, и методов качественного преобразования звуковых колебаний – в параметры новой среды и обратно. Из всего многообразия физических явлений и материалов, лучше всего соответствует данным требованиям электрический сигнал, и здесь, наконец, можно начать описание первого преобразования, которое осуществляется в современных беспроводных сетях:
Первое преобразование: Голос – Электрический сигнал
Для выполнения преобразования «Звуковые колебания – Электрический сигнал», применяется устройство названное «Микрофон», от греческого микрос – маленький, фон – звук.
Попробуем описать основные вехи в развитии технологии преобразования звука в электрический сигнал.
1. Жидкостный передатчик «liquid transmitter» Александра Бэлла
Считается, что именно с него началась разработка преобразователей звук-электричество. Александр Бэлл проводил эксперименты в 1876 году, и даже сумел по проводам передать свой голос, на небольшое расстояние.
В рупор расположенный наверху необходимо было говорить, тонкая игла (или проволока) крепилась к нижней части диафрагмы закрепленной на рупоре, и перемещалась под воздействием звуковых колебаний. В нижней емкости находился раствор воды с небольшим количеством кислоты (для улучшения электропроводности), игла при перемещении с диафрагмой больше или меньше погружалась в жидкость, и менялось сопротивление системы, которое отслеживалось на устройстве с катушкой и магнитом.
Недостатки решения видны невооруженным взглядом – громоздкое устройство, наличие жидкостей, низкая точность преобразования. Все это не позволило применять опытное устройство для коммерческих проектов, но начало было положено.
Пытливый читатель может попытаться воспроизвести такое устройство, например, по рекомендациям с этого сайта: Пошаговые рекомендации для изготовления «жидкостного передатчика Бэлла»
2. Угольный (стержневой) микрофон Дэвида Хьюза
Спустя несколько лет, Дэвид Хьюз представил другой вариант микрофона, в котором в качестве преобразователя звук-электричество использовался угольный стержень. Под воздействием звуковых колебаний, изменялась площадь контакта угольного стержня с металлической площадкой, и пропорционально изменялось сопротивление стержня. Это устройство уже применялось в практических целях, для реальной передачи голоса. Но наступала эра продвинутого решения на основе углерода (того же угля что применял Хьюз в своем стержне).
3. Угольный (порошковый) микрофон Эдисона
Первенство в разработке данного микрофона оспаривалось долго, между американскими инженерами Беллом, Берлинером и Эдисоном, есть также данные о том, что российский инженер Михальский, примерно в то же время, изготовил схожее устройство.
Согласно общепринятой версии, изобретателем считается Эдисон, а основным разработчиком и популяризатором – лаборатория Белла (которая выкупила ранний патент Берлинера, и приняла изобретателя на работу, но затем Эдисон в суде доказал свое первенство). Принцип действия данного микрофона, основан на том, что измельченный в мелкий порошок уголь, меняет электрическое сопротивление, в зависимости от своей плотности. Таким образом – мембрана под воздействием звуковых волн меняет плотность угольного порошка, что приводит к изменению характеристик проходящего через него электрического тока. Микрофон оказался настолько удачен, что применялся с конца 19 века вплоть до начала 21, в аппаратах, где используется аналоговая передача голоса (о Цифро Аналоговых Преобразованиях мы будем говорить в следующей части).
4. Динамические и конденсаторные микрофоны
Дальнейшее развитие технологий, привело к разработке конденсаторных и динамических микрофонов, примерно в 20-30х годах 20 века. В конденсаторном микрофоне изменение параметров электрического тока, происходит за счет изменения емкости конденсатора, одна из токопроводящих пластин которого выполнена в виде мембраны, двигающейся под воздействием звуковых волн.
Динамический микрофон состоит из неподвижного магнита, и обмотки, которая перемещается вместе с мембраной, создавая, таким образом, электрический ток.
Оба варианта микрофонов обладают своими преимуществами и недостатками, и сейчас применяются конструкции как конденсаторные, так и динамические. Эти микрофоны позволяют уловить такие частоты звуковых колебаний, которые недоступны для восприятия человеческим ухом, таким образом, для наших целей – преобразования голоса в электрический сигнал, их возможностей хватает с лихвой. Необходимо лишь уместить эту конструкцию в корпус мобильного телефона. Для этого инженерам пришлось еще немного поломать голову.
5. Электретные микрофоны
Основное требование к микрофонам, для использования в составе сотового телефона – минимальные размеры, и приемлемое качество преобразования. Для таких целей наилучшим образом подошел один из вариантов конденсаторного микрофона: электретный микрофон. В нем одна обкладка выполнена из электретного материала, который способен долго сохранять поляризованное состояние, после снятия внешнего воздействия.
Первые модели электретных микрофонов выполнялись в виде капсюлей, и уже могли применяться в трубках сотовых телефонов:
Микроэлектромеханические системы — МЭМС и поверхностный монтаж — SMD
Дальнейшая миниатюризация, приводит нас к новому классу компонентов — МЭМС, где объединяются на одной печатной плате механические и электронные устройства. Позднее, с появлением и развитием технологий поверхностного монтажа печатных плат (SMD), миниатюризация микрофонов достигла максимальных значений, и мы, наконец, можем уместить наш микрофон в телефоне толщиной менее 10 мм.
Итак, благодаря техническому прогрессу и инженерной мысли, у нас есть миниатюрное и качественное устройство, преобразующее звуковые колебания в электрический сигнал:
Это лишь первое преобразование нашего голоса в процессе его передачи через сотовую сеть, и каждый следующий шаг будет требовать все более сложных технических устройств и продвинутого математического аппарата. Следующая часть — необходимые преобразования полученного электрического сигнала, пока еще внутри телефона, для подготовки его к передаче в радиоэфир, с краткими историческими экскурсами – как развивалось наше понимание данных процессов.
