Передача звука по радиоканалу,ПЕРЕДАЧА ЦИФРОВЫХ ДАННЫХ ПО РАДИОКАНАЛУ

Теория:

Звук представляет собой непрерывный сигнал — звуковую волну с меняющейся амплитудой и частотой.  Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека.  Чем больше частота сигнала, тем выше тон.

 
 Частота звуковой волны выражается числом колебаний в секунду и измеряется в герцах (Гц, Hz).  Человеческое ухо способно воспринимать звуки в диапазоне от (20) Гц до (20) кГц, который называют звуковым.Количество бит, отводимое на один звуковой сигнал, называют глубиной кодирования звука. Современные звуковые карты обеспечивают (16) — , (32) — или (64) -битную глубину кодирования звука. При кодировании звуковой информации непрерывный сигнал заменяется дискретным, то есть превращается в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц). Процесс перевода звуковых сигналов от непрерывной формы представления к дискретной, цифровой форме называют оцифровкой.Важной характеристикой при кодировании звука является частота дискретизации — количество измерений уровней сигнала за (1 )секунду:- (1) (одно) измерение в секунду соответствует частоте (1) Гц;- (1000) измерений в секунду соответствует частоте (1) кГц.Частота дискретизации звука — это количество измерений громкости звука за одну секунду.Количество измерений может лежать в диапазоне от (8) кГц до (48) кГц (от частоты радиотрансляции до частоты, соответствующей качеству звучания музыкальных носителей). Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука. Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации (8000) раз в секунду, глубине дискретизации (8) битов и записи одной звуковой дорожки (режим «моно»). Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации (48 000 )раз в секунду, глубине дискретизации (16) битов и записи двух звуковых дорожек (режим «стерео»).Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла. Оценить информационный объём моноаудиофайла ((V)) можно следующим образом: V = N⋅f⋅k, где (N) — общая длительность звучания (секунд), (f) — частота дискретизации (Гц), (k) — глубина кодирования (бит).  Например, при длительности звучания (1) минуту и среднем качестве звука ((16) бит, (24) кГц):V = 60⋅24000⋅16 бит = 23040000 бит = 2880000 байт = 2812,5 Кбайт = 2,75 Мбайт. При кодировании стереозвука процесс дискретизации производится отдельно и независимо для левого и правого каналов, что, соответственно, увеличивает объём звукового файла в два раза по сравнению с монозвуком. Например, оценим информационный объём цифрового стереозвукового файла длительностью звучания (1 )секунда при среднем качестве звука ((16) битов, (24 000) измерений в секунду). Для этого глубину кодирования необходимо умножить на количество измерений в (1 )секунду и умножить на (2) (стереозвук):V=16 бит ⋅24000⋅2 = 768000 бит = 96000 байт = 93,75 Кбайт. Существуют различные методы кодирования звуковой информации двоичным кодом, среди которых можно выделить два основных направления: метод FM и метод Wave-Table. Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, и, следовательно, может быть описан кодом. Разложение звуковых сигналов в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства — аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). 

Преобразование звукового сигнала в дискретный сигнал: a — звуковой сигнал на входе АЦП; б — дискретный сигнал на выходе АЦП. Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Процесс преобразования звука представлен на рис. ниже. Данный метод кодирования не даёт хорошего качества звучания, но обеспечивает компактный код. 
Преобразование дискретного сигнала в звуковой сигнал: а — дискретный сигнал на входе ЦАП; б — звуковой сигнал на выходе ЦАП. Таблично-волновой метод (Wave-Table) основан на том, что в заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков окружающего мира, музыкальных инструментов и т. д. Числовые коды выражают высоту тона, продолжительность и интенсивность звука и прочие параметры, характеризующие особенности звука. Поскольку в качестве образцов используются «реальные» звуки, качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов. Звуковые файлы имеют несколько форматов. Наиболее популярные из них MIDI, WAV, МРЗ. Формат MIDI (Musical Instrument Digital Interface) изначально был предназначен для управления музыкальными инструментами. В настоящее время используется в области электронных музыкальных инструментов и компьютерных модулей синтеза. Формат аудиофайла WAV (waveform) представляет произвольный звук в виде цифрового представления исходного звукового колебания или звуковой волны. Все стандартные звуки Windows имеют расширение WAV. Формат МРЗ (MPEG-1 Audio Layer 3) — один из цифровых форматов хранения звуковой информации. Он обеспечивает более высокое качество кодирования.Предыдущая теорияВернуться в темуСледующая теория Отправить отзыв Нашёл ошибку? Сообщи нам! Copyright © 2020 ООО ЯКласс Контакты Пользовательское соглашение

Варианты передачи звука на большие расстояния

Построение сложных систем профессионального звука часто связано с необходимостью высококачественной передачи звуковых сигналов с единого источника на несколько подсистем звукоусиления, расположенных на большом расстоянии друг от друга. Объектом для построения подобных систем могут быть, например, стадионы и большие концертные площадки. Для распределённых систем профессионального звука компания Inter-M предлагает оборудование, взаимодействующее по оптическим технологиям и IP-сетям. Благодаря им осуществляется многоканальная передача звуковых сигналов на большие расстояния без потери качества.

Оптоволоконные технологии позволяют осуществлять передачу звуковых сигналов на расстояния в десятки и сотни километров. Оптическое волокно считается самой совершенной средой для передачи больших потоков информации, обладает высокой устойчивостью к электромагнитным помехам и защищённостью передаваемой информации от несанкционированного доступа.

Звуковой сигнал от любого источника звука поступает на оптический передатчик, преобразующий электрические звуковые сигналы одного или сразу нескольких аудиоканалов в сигналы оптического диапазона. В оптическом диапазоне одновременно с аудиоданными могут передаваться сигналы управления: «сухой контакт», RS-232, RS-422, RS-485. На другом конце оптического кабеля размещается оптический приёмник, восстанавливающий с высокой точностью электрический аудиосигнал от источника звука. Одновременно оптический приёмник формирует сигналы управления. После этого преобразования аудиосигнал можно усиливать, а затем — воспроизводить через акустическую систему.

Вариант передачи аудиосигнала по оптоволокну.

IP-сети также могут использоваться для передачи электрических сигналов звуковой частоты между двумя удалёнными устройствами, в том числе аудиоконтроллерами. В этом случае применяются сетевые аудиоконтроллеры, соединённые локальной сетью. Как правило, они являются универсальными и позволяют передавать и принимать аудиосигналы и сигналы управления в оба направления одновременно.

Звуковой сигнал от источника поступает на аудиоконтроллер, преобразующий электрические звуковые сигналы от одного или сразу от нескольких аудиоканалов в цифровой пакет, передаваемый по Ethernet с использованием IP-протокола Dante. Одновременно с аудиоканалом по сети Ethernet могут передаваться сигналы управления: «сухой контакт», RS-232. Приёмным устройством в сети служит второй сетевой аудиоконтроллер. На выходах приёмного аудиоконтроллера формируется аудиосигнал и сигналы управления. Дальнейшее усиление аудиосигнала, необходимое для воспроизведения акустической системой, выполняется усилителем мощности.

Варианты передачи аудиосигнала через локальную сеть.

Беспроводная передача звука на доступных элементах.

С активным развитием цифровой электроники за последние лет 20 в мире значительно поменялись практически все сферы жизни деятельности, способы и организация досуга — в частности, музыкальная сфера. Аналоговые источники сигнала в виде виниловых пластинок и кассет сменились на оптические диски, а после уже и они практически вымерли — теперь для передачи звуковых файлов даже не требуются какие-либо отдельные носители. Положительно сказался такой прогресс на жизни людей, или нет — каждый решает сам для себя, но от фактов никуда не уйти, слушать музыку сейчас можно прямо с телефона без каких-либо дополнительных проводов — посредством соединения по bluetooth или wi-fi.
Эти способы соединения удобны тем, что практически не искажают качества сигнала (в случае, если использовать подходящие кодеки сжатия), весьма удобны но обладают одним недостатков — относительно небольшая дальность передачи. Например, если необходимо «вещать» музыку из дачного домика на территории участка, то соединение может теряться уже за пределами стен дома, в зависимости от применённого оборудования. Для передачи звука на большие расстояния, вплоть до сотен метров (чтобы охватить и соседей), можно использовать радиолюбительские навыки и передать звук по точно тому же принципу, что работают вещательные музыкальные радиостанции. Они передают сигнал на частотах чаще от 76 до 108 МГц, при этом используется частотная модуляция. Радио есть практически в каждом городе и этот медиасервис пока не вымирает, поэтому и приёмники есть практически у каждого, довольно часто они также встречаются встроенными в смартфоны.
Если собрать мощный радиопередатчик для вещания по всему городу довольно сложно и затратно, то вот маломощный для небольшого радиуса — очень даже реально в домашних условиях, используя лишь крайне распространённые и и дешёвые компоненты, найти которые можно даже в ненужных или сломанных электронных устройствах. Передатчики высокой мощности использовать нежелательно по той причине, что они могут на большом расстоянии вокруг себя создавать помехи по всем диапазонам, тем самым мешая нормальной работе полицейских раций, аэропорта и других спецслужб. Маломощный же передатчик, к тому же правильно настроенный, едва ли сможет кому-то помешать, поэтому его аккуратное использование вполне допустимо, а маленький радиус даже действия не позволит его как-либо засечь — ведь на частных территориях спектр радиоизлучения измерять просто некому.

В левой части схемы показано подключение источника аудиосигнала ко входу схемы с использованием стандартного звукового разъёма jack 3.5. В качестве источника сигнала может послужить, например, компьютер, или смартфон с приложениями для прослушивания музыки. Обратите внимание, что разъём jack 3.5 использует три контакта — один общая земля, оставшиеся два правый и левый каналы, так как звук что со смартфона, что с компьютера передаётся в режиме стерео. Схема передатчика может модулировать лишь моно-сигнал, поэтому контакты правого и левого каналов на схеме просто замыкаются, тем самым происходит их смешение. При приёме моно-сигнала на обычный бытовой радиоприёмник с одним динамиком отличить его от стерео-звука будет просто не возможно. Переменный резистор, обозначенный как RV — регулятор громкости на входе схемы.
Если с источника на вход будет поступать слишком громкий звуковой сигнал — звук будет перегружаться и появятся нежелательные искажения, либо передатчик может работать нестабильно. После сборки схемы этот регулятор следует установить в минимальное положение, затем плавно увеличить до комфортного уровня громкости, также громкость можно будет регулировать как на самом источнике, так и на приёмнике. Вся схема содержит всего два каскада, первый из которых является для генераторов для создания несущей частоты (в диапазоне 70-108 МГц) и её модуляции звуковым сигналом, второй — для усиления мощности, то есть увеличения дальности действия передатчика. Используемые транзисторы на схеме указаны как BC547, они крайне широко распространены, но являются низкочастотными. Для данной же схемы желательно применение СВЧ транзисторов, идеальным вариантом будут КТ368АМ, они имеют такой же корпус, но существенно повысят стабильность и дальность работы схемы.
Всю схему желательно собирать на SMD-компонентах, они имеют меньшую паразитную ёмкость и индуктивность за счёт того, что не имеют выводов и обладают миниатюрными размерами, в отличие от выводных. Но ничего не мешает собрать схему также и использованием выводных элементов — в этом случае их стоит располагать как можно плотнее, не делая дорожки длинными, согласно правилам высокочастотного монтажа. В случае правильной сборки схемы передатчик запустится сразу и будет вещать в эфир свой сигнал. Чтобы узнать, на какой частоте работает передатчик, следует взять приёмник с ручной настройкой и вручную пройтись по всем частотам — на одной из них должен появиться сигнал собранного передатчика. Если весь диапазон просканирован, а сигнала нет, то можно сжимать-разжимать витки катушки, тем самым изменяя рабочую частоту. Также рабочая частота зависит от суммарной ёмкости конденсаторов С1 и С2 — на схеме предполагается, что один из них подстроечный, который позволит вращением изменять частоту и не просто найти её, но и выставить нужную, вдали от работающих ФМ-радиостанций.

Единственная катушка на схеме наматывается на пасте от гелиевой ручки, и должна содержать шесть витков провода диаметром 0,3- 0, 5 мм, наматывать проволоку следует аккуратно, виток к витку. После сборки схемы и установки нужной частоты желательно залить катушку каким-нибудь компаундом, например, термоклеем, воском или парафином, чтобы витки не гуляли и частота не смещалась. Если под рукой нет пасты, наматывать можно на сверле аналогичного диаметра, зажав его в тисках.

Преимуществом данной схемы также является низкое напряжение питания и невысокое энергопотребление — ток составляет всего лишь 10 мА, таким образом, схема будет работать долго даже от аккумуляторов или батареек. Номинальное напряжение питания составляет 3В, можно использовать две алкалиновые батарейки формата АА, либо один литий-ионный аккумулятор. Повышение напряжение питания допустимо — это приведёт к повышению тока потребления и увеличению дальности действия.

Для питания также можно использовать и стационарный источник питания, например, подойдут сетевые адаптеры на 5В с USB-выходом, от него можно одновременно заряжать смартфон и питать передатчик. Резистор R3 с последовательно включенным светодиодом служит для индикации включения передатчика, при питании от аккумуляторов или батареек эту цепочку можно не ставить, ведь светодиод может потреблять тока столько же, сколько и вся схема.
В коллекторе второго транзистора можно увидеть обозначение антенны — в её роли можно использовать обычный кусок медной проволоки длиной около 80 см, это даст наибольшую дальность передачи при наименьших затратах, ведь эта длина будет примерно равна четверти длины волны на данных частотах. При прикосновении к антенне частота передачи может сместиться вверх или вниз — чтобы этого не происходило, можно включить между антенной и коллектором транзистора небольшой конденсатор на 20-30 пФ, это увеличит стабильность.

Как можно увидеть на фотографии выше, сигнал с передатчика можно принимать даже на простой кнопочный телефон, при этом музыка может играть как с наушников, так и с внешней аудиосистемы, если подключить её к телефону вместо наушников.

Вся схема собирается на миниатюрной печатной плате с использованием поверхностного монтажа, фотографии получившейся платы на фотографиях выше. При использовании таких элементов важно использовать флюс, который не будет обладать остаточной проводимостью, ведь без специальной отмывочной ванным трудно удалить все остатки флюс из под корпусов деталей.

Таким образом, получился весьма практичный вариант передатчика, не требовательный к питанию и простой к сборки. Если собрать данную схему в двух экземплярах, то можно получить некое подобие рации — но при её использовании стоит учитывать, что разговор могут подслушать все люди в округе со своими приёмниками. Удачной сборки! Ниже в архиве печатная плата для открытия в программе Sprint-Layout.