как звук передается по телефону
КАК ЗВУК ПЕРЕДАЁТСЯ ПО ПРОВОДАМ
Знаете ли вы, как устроен и работает обычный телефон?
Представьте себе два небольших магнита, удалённых друг от друга на значительное расстояние. На каждый из магнитов надета катушка с несколькими слоями тонкой изолированной проволоки. Обе катушки соединены между собой проводами. Вблизи магнитов закрепляются тонкие и упругие стальные пластинки — мембраны (рис. 19).
Рис. 19. Схема, пэясняюшая устройство телефона.
Прерывно меняться в зависимости от колебания стальной пластинки.
Проходя по катушке второго магнита, электрический ток будет в большей или меньшей степени подмагничивать его. При этом вторая мембрана будет сильнее или слабее
Угольная Коробка На ЭТ0М *ВЛ6НИИ
Угольная колодка, макрофона. Угольный А основана работа те-
Притягиваться к магниту. Она будет в точности повторять колебания первой мембраны. Приложив к ней ухо, мы ясно услышим звуки, которые производятся у первой мембраны.
Мембрана ‘/ лефона — аппарата,
Существуют различные типы микрофонов. Вот как устроен один из них, так называемый угольный микрофон (рис. 20). Главной его деталью является тонкая круглая пластинка, сделанная из угля, — мембрана. Мембрана
закреплена в специальной коробочке, изготовленной из пластмассы или металла. Внутри коробочки, почти касаясь мембраны, установлена угольная колодка, на которой сделано несколько углублений — вырезов. В эти вырезы насыпают мелкозернистый уголь.
Микрофон включается в электрическую цепь так, что мембрана соединяется с одним концом этой цепи, а угольная колодка с другим. Таким образом, угольный порошок является составным звеном электрической цепи. В эту же цепь включается источник постоянного электрического тока — батарея, а также телефонная трубка, воспроизводящая звуки.
Меняющийся по силе ток поступает в телефонную трубку. Магнит колеблет упругую стальную мембрану, и в трубке вновь рождаются произнесённые перед микрофоном звуки.
Таким образом, современный телефонный аппарат сочетает в себе микрофон, превращающий звуковые колебания в электрические, и электромагнитную телефонную трубку, в которой совершается обратный процесс — превращение колебаний электрического тока в звуковые.
Успешный опыт использования электрического тока для передачи звука на большие расстояния заставил исследователей поработать и над тем, чтобы применить электричество для записи звуковых колебаний.
Голос по проводам: как изобрели телефон
По задумке изобретателя, такая мембрана замыкала и размыкала бы электрическую цепь, передавая звуковые колебания. Но дальше теории Бурсёль не пошел, поэтому первым человеком, которому удалось проверить эту схему на деле, стал немецкий преподаватель физики Иоганн Филипп Рейс. В 1860 году он продемонстрировал работающий аппарат, который с помощью вязальной спицы, мембраны из пергамента, платиновой фольги и пружинки замыкал и размыкал цепь в такт колебаниям воздуха и был способен передавать звук на расстояние с помощью электричества. Звук — но, увы, не речь! Если музыкальные тона еще более-менее можно было разобрать, то для передачи человеческой речи аппарат Рейса не годился.
В 1870-х свет увидели несколько усовершенствований телеграфа, позволившие передавать по одной паре проводов несколько независимых сообщений одновременно. Вдохновленные успехами «квадруплекса» Томаса Эдисона, многие изобретатели начали эксперименты с «гармоническим телеграфом». Сообщения передавались с помощью набора магнитных стерженьков, каждый из которых колебался со своей частотой. В число экспериментаторов входили Элиша Грей из Огайо и Александр Грэхем Белл из Бостона. Они практически одновременно создали работоспособную схему с использованием уже не размыкателя цепи, а элемента, способного изменять свое сопротивление непрерывно, — электрического провода, опущенного в проводящую жидкость. Оба изобретателя подали заявки на патент в один день — 14 февраля 1876 года, но Белл успел сделать это на пару часов раньше. В результате именно он получил 7 марта 1876 года патент № 174465 с формулировкой «Усовершенствование в области телеграфии».
Изначально Элиша Грей не стал оспаривать решение о выдаче патента Беллу по совету своих юристов, которые посчитали это изобретение малозначительным по сравнению с дальнейшим усовершенствованием «гармонического телеграфа». Правда, позднее этот вопрос послужил причиной множества споров и судебных исков, хотя ни одно расследование не смогло опровергнуть приоритета Белла. Скорее всего, изобретатели независимо пришли к очень похожим решениям. К тому же Белл в своей заявке уделил основное внимание другой схеме — с использованием электромагнитов, фактически прообраза современных динамиков. А схему с проводящей жидкостью он использовал только один раз — чтобы продемонстрировать саму возможность передачи голоса с помощью электричества: 10 марта 1876 года Александр Грэхем Белл включил аппарат и сказал своему помощнику Томасу Уотсону, находившемуся в соседней комнате, фразу, вошедшую в историю техники: «Мистер Уотсон, подойдите ко мне, вы мне нужны!». О фразах, которые Элиша Грей сказал своим юристам, история умалчивает.
Доставляем голос в мобильной сети: шаг 1 — как голос превращается в электрический сигнал
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.
Передача звука в телефоне от одного абонента к другому
Сегодняшняя рубрика «почемучка» ответит на вопрос любопытных пользователей телефонной связи. Многие задают вопрос каким образом звуковые волны передаются от говорящего абонента телефона к уху его собеседника.
Ответ: акустическая звуковая волна никаким образом не передается напрямую от одного конца телефонной трубки в другой. Каким же образом происходит передача звука в телефоне от одного абонента к другому? Процедуру передачи мы кратко и на понятном языке объясним на примере традиционного телефонного аппарата проводной связи.
В телефонной трубке расположен микрофон или так называемые передатчик и наушник, он же динамик в качестве приемного устройства звуковой волны.
Приходящий сигнал возбуждает находящийся в наушнике электромагнит, и заставляет металлическую мембрану колебаться и испускать звуковые волны, которые мы слышим как речь. Звуковые волны колеблют мембрану. Угольный порошок то уплотняется, то становится более рыхлым и вследствие этого меняется протекающий ток.
В современных телефонных беспроводных линиях связи вместо электрического тока, двигающегося по магистральным проводным линиям, сигнал в цифровом зашифрованном виде передается радиоволной с заданной стандартом связи частотой.
Разговор по телефону нередко сопровождается эхом на другом конце. Что происходит – трудно понять. Добавляет вопросов то, что подобное случается не всегда. Попытаемся разобраться, почему во время разговора по телефону человек слышит свой голос.
Почему постоянно слышу себя при разговоре по новому телефону
Есть разные случаи, когда во время беседы по телефону люди слышат собственный голос или его раздвоение. Как минимум это мешает разговаривать, а иногда раздражает. Если ваше устройство ведёт себя таким образом всё время, это верный признак заводской поломки.
Когда мобильное устройство ещё на гарантии, не стоит медлить, нужно отправляться в магазин и сдать его. Принимают аппарат не сразу. Если устройство стоит дорого, его рассмотрит специалист и подтвердит, или отклонит описание поломки.
На шумы в динамике телефона не влияют настройки системы. Если этот дефект постоянно сопутствует устройству, то может быть только два варианта: либо он был уже испорчен из магазина, либо сломался при падении, в динамик попала вода и т.д.
Из этого следует, что каждое устройство при покупке должно быть тщательно проверено. Возьмите с собой друга с телефоном, чтобы в магазине можно было проверить общение и выявить дефекты ещё на моменте покупки.
Слышно эхо во время разговора по телефону
Причина того, что вы слышите свой голос во время общения также может быть в громкости звуков на вашем или на телефоне собеседника. В телефоне есть несколько динамиков: слуховой, для вывода музыки и звуков. Медийных динамиков может быть несколько для усиления громкости вывода музыки.
При этом слуховой один и всегда расположен в верхней части так, чтобы при прикладывании корпуса к уху он передавал разговор в ушную раковину человека. В нижней части есть встроенный микрофон для захвата голоса. Если звук на выходном динамике будет слишком громкий, он передастся в микрофон.
И таким образом, человек на другом конце телефонной трубки услышит собственный голос. Но с некоторым опозданием от своего голоса. Так как первый звук проходит долгий путь прежде, чем вернётся обратно.
Ставить на громкую связь без предупреждения собеседника не совсем правильно. Когда вы слышите себя в своей же трубке, спросите у человека, с которым разговариваете, не включил ли он внешний динамик.
Шпионское ПО и прослушивание телефона может вызвать дублирование голоса
Гораздо реже чем другие причины, но всё же случается, что в телефоне пользователя установлен жучок или прослушивающее программное обеспечение. Кому это нужно и для чего – эти вопросы владелец телефона может выяснить только в одиночку.
Например, это может быть жена/муж, которые оставили в вашем устройство утилиту, записывающую разговоры и перехватывающие SMS. Как правило, такое ПО практически невозможно обнаружить среди установленных программ. Они умеют хорошо маскироваться и при настройке не подают виду, что существуют в системе.
Может помочь удалить такое приложение антивирусы для мобильных устройств и в дополнение – очистители памяти.
Они могут быть уже включены в стандартные наборы программ в вашем телефоне. Попробуйте найти их среди системных и воспользоваться. После очистки выполните звонок знакомым, чтобы проверить, сейчас слышен свой голос во время разговора через динамик смартфона. Если проблема продолжается, примемся решать её другими способами.
Слышать свой голос можно из-за запущенных приложений
В современных смартфонах пользователей запущенны одновременно несколько приложений. Одни не понимают, что этим они занимают память и рискуют вызвать конфликт между программами. Другие в процессе интенсивной работы в смартфонах не успевают вовремя закрывать приложения. В результате этого могут быть запущены приложения, которые записывают звук или издают его. Проверьте в своём смартфоне, какие из них в данный момент работают. В диспетчере приложений есть кнопка, с помощью которой можно закрывать сразу все программы.
Свой смартфон можно настроить так, чтобы микрофоном во время разговора могло пользоваться только приложение «Телефон». Это стандартная «звонилка» в смартфонах, которые и организовывает беседу между двумя устройствами.
Настройки можно покинуть, чтобы проверить, как сейчас ведёт себя ваш телефон во время разговора. Выберите участника беседы и позвоните. В списке может быть много приложений, которые используют системный микрофон. Если другие программы имеют для вас значение, включить разрешение на использование устройства может быть выполнено при следующем входе. Об этом не стоит беспокоиться.
Проверка динамика телефона на влагу
Мобильные устройства с человеком везде – на улице, в учебных заведениях, на работе, дома на кухне. В результате этого внутрь корпуса попадает множество мелких частиц пыли и влаги. На микросхемах устройства конденсат может появится в результате резкой смены атмосферной температуры. Для этого достаточно поговорить на улице в мороз и войти в тёплую квартиру. Если динамик по прежнему не работает как должен, при разговоре слышен шум и другие помехи, попробуйте использовать специальные для этого приложения.
Существуют приложения для телефонов Андроид – Очиститель динамиков. После установки на экране пользователь заметит кнопку для старта тестирования и очистки. Приложение запустит специальные низкочастотные и высокочастотные звуки, чтобы вытолкать пыль и воду наружу. При этом его нужно расположить так, чтобы загрязнения не осели ещё глубже, чем находятся. В инструкции на экране прочитайте дальнейшие действия и способы применения очистителя.
Для процесса очистки от воды телефон должен быть заряжен. Вибрации для избавления от нечистот будут работать около минуты. Затем смартфон необходимо перевернуть отверстиями вниз и попытаться избавиться от того, что отстало от плат и внутренней части корпуса.
Прочие причины шумов в телефоне
Сотовые операторы утверждают, что в некоторых случаях слабые вибрации и непонятные звуки в трубке телефона могут возникать из-за погоды. Разные комбинации интенсивности ветра, осадков, влажности могут влиять на передачу и качество сигнала. Если возникают такие проблемы, рекомендуется сменить местоположение.
Иногда достаточно пройти 10-15 метров и снова набрать тот же номер для разговора. Перезагрузите свой мобильный телефон, чтобы обновить связь с ближайшей станцией.
Чтобы выявить причину, может помочь смена собеседника. Наберите телефон другого человека и отметьте, слышно ли сейчас свой голос. Если в телефоне нет помех, возможно вам не чего переживать по поводу того, что телефон вышел из строя или он требует настройки. Неполадки с вашим устройством могут продолжаться для всех звонков. Позвоните мобильному оператору по короткому номеру. Он может сообщить о технических работах, которые сейчас проводятся. В вполне может быть, что именно это является главной причиной проблемы. Через некоторое время стоит повторно проверить свой телефон.
Видеоинструкция
Как настроить свой смартфон, чтобы он не издавал лишние звуки, не дублировал голос по телефону во время разговора, смотрите в видео.