.

Шумы и помехи в трактах и каналах связи и вещания

 

Шумы и помехи могут быть как акустического, так и электрического происхождения. Однако независимо от происхождения их действие сводится к маскировке вторичного акустического сигнала, которая определяется повышением порога слышимости по сравнению с прослушиванием в тишине. Если в результате действия шумов порог слышимости получается не зависящим от времени, то такие шумы (по акустическим характеристикам) называют "гладкими". К этим шумам относятся речевые шумы от нескольких голосов, звучащих одновременно.

Если в результате действия шумов порог слышимости изменяется во времени в зависимости от пик-фактора шума, то такие шумы называют импульсными. Импульсные шумы не только маскируют полезный сигнал, но и искажают его, создавая комбинационные частоты шума и сигнала. Получается нечто похожее на взаимную модуляцию сигнала и шума.

Шумы электрического происхождения имеют спектр, как правило, близкий к равномерному, а шумы акустического происхождения - ближе к речевому. Частотная зависимость порога слышимости для первых имеет тенденцию роста к высоким частотам. Для речевых шумов порог слышимости почти не зависит от частоты.

Индустриальные, атмосферные и станционные помехи, кроме тональных, по их действию могут быть отнесены и к импульсным, и к гладким с равномерным спектром или с низкочастотным.

Один из главных каналов проникновения помех в тракт ЗЧ – соединительные провода, в которых возникают разного рода паразитные наводки и помехи. В основном это помехи, создаваемые  магнитными полями трансформаторов и проводов сети переменного напряжения и емкостными связями электрического поля. Для уменьшения такого рода помех соединительные провода чувствительных каскадов применяют с экранирующей оплеткой, ориентируют относительно источника помехи определенным образом и соединяют с общим проводом в строго определенных местах.

Основной принцип борьбы с наводками электрического поля – снижение взаимной емкости проводов (разнесение проводов дальше друг от друга, непараллельность проводки, экранирование). С магнитным же полем следует бороться возможным уменьшением взаимной индуктивности проводов. Достичь этого можно также разнесением проводов, их ориентацией и применением витых пар (магнитные поля в витых парах взаимно компенсируются).

Для защиты от электрического поля экранирующую оплетку проводов необходимо соединять с общим проводом устройства только в одной точке, а для защиты от магнитного – в двух, в непосредственной близости от источника и приемника помехи. Эти, казалось бы противоречивые, требования можно выполнить, если провода соответствующих цепей свить вместе и поместить в общую экранирующую оплетку. Следует учесть, что с общим проводом устройства эту оплетку нужно соединить только в одной точке.   Хороший результат дает соединение экранирующих оплеток и сигнальных проводов в одной точке, выбранной так, чтобы токи помех не проходили с оплетки на общий провод устройства через подлежащий соединению с ним сигнальный провод. На рис.1 это точка «А». Чтобы избежать соединения оплетки с общим проводом в других местах, поверх нее рекомендуется надеть изолирующую ПВХ трубку (кембрик) или обмотать изолентой. Применение для коммутации слабых сигналов экранированных витых пар проводов также дает хороший результат при защите от электромагнитных полей, так как любой ток, протекающий через оплетку, наводит в обоих проводниках одинаковое напряжение, но с противоположными фазами, что взаимно уничтожает наведенные напряжения и устраняет таким образом помеху. Эффективность защиты экранированной витой пары тем больше, чем больше число витков скручивания проводов на единицу длины. Для соединения общих проводов сигнальных цепей и их оплеток отдельных каскадов с общим проводом всего радиоустройства применяют разные способы

Собственные помехи или шумы возникают от источников находящихся в данном канале связи. Они существуют независимо от передачи информации по другим каналам связи и в основном определяются следующими причинами: флуктуационными  шумами; пульсацией выпрямленного напряжения источников питания; контактными шумами, вызываемыми недоброкачественными контактами в аппаратуре и на линиях, кратковременными короткими замыканиями, тресками, создаваемыми токами разряда конденсаторов, микрофонными шумами и акустическими, попадающими в микрофоны продуктами нелинейных искажений в аппаратуре тракта передачи.

Спектральная плотность флуктуационных помех постоянна во всем используемом в технике связи диапазоне частот. Это усложняет борьбу с их влиянием на работу каналов и аппаратуры связи, т.к. эти помехи невозможно устранить без потери информационного сигнала.

Взаимные помехи возникающие при передаче информации по соседним каналам, появляются в результате: недостаточного переходного затухания между данным каналом и влияющими каналами, незначительного затухания фильтров, предназначенных для разделения каналов или для подавления частот, различных повреждений в аппаратуре влияющих каналов (выход из строя ламп, разбалансировка преобразователя частоты, нарушение заземления и экранирования аппаратуры, повреждения фильтров, появление асимметрии в аппаратуре).

Внешние помехи делятся на промышленные, радиопомехи, атмосферные и космические. Промышленные помехи создаются в результате влияния электромагнитных полей различных электрических устройств: линий электропередач, электрооборудования промышленных предприятий, медицинских установок, контактных сетей электрифицированного транспорта (трамвая, троллейбуса и т.п.), световой рекламы на газоразрядных лампах и т.п.

Радиопомехи возникают от излучения радиостанций различного назначения, спектр которых по каким-либо причинам накладывается на спектр полезных сигналов тракта связи. К атмосферным помехам относятся помехи, вызванные различными атмосферными явлениями: магнитными бурями, северными сияниями, грозовыми разрядами и т.д. К космическим помехам относятся электромагнитные помехи, создаваемые излучениями Солнца, видимых и невидимых звезд, туманностей в соответствующих диапазонах частот.

Чтобы шумы заметно не снижали качества передачи их влияние необходимо ограничивать. Значительного ослабления помех всех видов можно добиться рациональным конструированием аппаратуры. Мешающее действие шумов в проводных каналах связи определяется отношением напряжения шумов к напряжению полезного сигнала. Это отношение оценивается разностью между уровнями полезного сигнала и шумов, называемой защищенностью канала от шума. Иногда измеряют напряжение шумов в точке тракта с известным полезным уровнем и получают защищенность в данной точке. В радиотехнике особое внимание уделяется шумам, определяющим предельную чувствительность устройства – радиоприемника или усилителя, поэтому последние характеризуются коэффициентом шума. Коэффициент шума показывает, как ухудшается отношение сигнал/шум на выходе некоторого линейного 4х-полюсника при прохождении через него сигнала с некоторым отношением сигнал/шум на входе.

Исследования показали, что при воспроизведении речи и музыки необходимо иметь вполне определенные соотношения сигнал/шум . Так, предел понимания речи составляет 10 дБ (1,15 Нп), нормальный прием речевого сигнала обеспечивается при 20 дБ (2,3 Нп). Хорошее воспроизведение радиовещания возможно при 40 дБ (4,6 Нп), а высококачественная передача музыки – при 60 дБ (6,9 Нп). В телефонных и вещательных каналах мешающее действие шумов определяется наличием в их частотном спектре составляющих, которые наиболее сильно воздействуют на слух человека.

Известно, что не все частоты одинаково воспроизводятся телефоном или громкоговорителем и воспринимаются ухом. Поэтому при определении действия шумов на речевые и музыкальные сигналы необходимо учитывать частотную зависимость чувствительности слуха и частотные характеристики телефона и громкоговорителя. Доказано что наибольшая чувствительность системы «телефон-ухо» лежит в области 800 Гц, а «громкоговоритель-ухо» - в области 1000 Гц.