что представляют собой акустические и электрические сигналы

Электрический сигнал

Выделяют аналоговые, дискретные, квантованные и цифровые сигналы.

Содержание

Аналоговый сигнал (АС)

Большинство сигналов имеют аналоговую природу, то есть изменяются непрерывно во времени и могут принимать любые значения на некотором интервале. Аналоговые сигналы описываются некоторой математической функцией времени.

Пример АС — гармонический сигнал — s(t) = A·cos(ω·t + φ).

Аналоговые сигналы используются в телефонии, радиовещании, телевидении. Ввести такой сигнал в компьютер и обработать его невозможно, так как на любом интервале времени он имеет бесконечное множество значений, а для точного (без погрешности) представления его значения требуются числа бесконечной разрядности. Поэтому необходимо преобразовать аналоговый сигнал так, чтобы можно было представить его последовательностью чисел заданной разрядности.

Дискретный сигнал

Дискретизация аналогового сигнала состоит в том, что сигнал представляется в виде последовательности значений, взятых в дискретные моменты времени. Эти значения называются отсчетами. Δt называется интервалом дискретизации.

Квантованный сигнал

При квантовании вся область значений сигнала разбивается на уровни, количество которых должно быть представлено в числах заданной разрядности. Расстояния между этими уровнями называется шагом квантования Δ. Число этих уровней равно N (от 0 до N-1). Каждому уровню присваивается некоторое число. Отсчеты сигнала сравниваются с уровнями квантования и в качестве сигнала выбирается число, соответствующее некоторому уровню квантования. Каждый уровень квантования кодируется двоичным числом с n разрядами. Число уровней квантования N и число разрядов n двоичный чисел, кодирующих эти уровни, связаны соотношением n ≥ log₂(N).

Цифровой сигнал

Для того чтобы представить аналоговый сигнал последовательностью чисел конечной разрядности, его следует сначала превратить в дискретный сигнал, а затем подвергнуть квантованию. В результате сигнал будет представлен таким образом, что на каждом заданном промежутке времени известно приближённое (квантованное) значение сигнала, которое можно записать целым числом. Если записать эти целые числа в двоичной системе, получится последовательность нулей и единиц, которая и будет являться цифровым сигналом.

См. также

Полезное

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 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

Источник

Понятие сигнала в радиосвязи — типы и параметры сигналов

В этой статье Вы узнаете что такое информация и сигнал, какие бывают сигналы, их виды, параметры. Увидите реальную спектральную плотность мощности. Что происходит с сигналом в канале связи. Познакомимся с эффектом Доплера. Узнаем больше о шумах и помехах.

Что такое информация

Под информацией понимают совокупность сведений о каких-либо событиях, явлениях или предметах, предназначенных для передачи, приёма, обработки, преобразования, хранения.

К.Э. Шеннон, как один из основателей теории информации образно её определил так: «Информация – послание, которое уменьшает неопределённость».

Если я Вам скажу что-то, что для Вас известно, то это не будет для Вас информацией. Я если скажу, то что Вы не знали, уменьшу вашу неопределенность, то это уже будет для Вас информацией.

Что такое сигнал

Сигнал – это некоторый физический процесс, параметры которого изменяются в соответствии с передаваемым сообщением. Пример – электрический сигнал, радиосигнал, как частный случай электромагнитного сигнала, акустический сигнал, оптический и т.д. В зависимости от того, в какой среде идет распространение сигнала. Сигнал – это материальный носитель информации.

Обычно сигнал, независимо от его физической природы, представляют, как некоторую функцию времени x(t). Такое представление есть общепринятая математическая абстракция физического сигнала.

Типы сигналов

Такой сигнал передает информацию? Информация уменьшает неопределенность. В детерминированном сигнале мы знаем все, мы знаем какой он будет через минуту, через год. Детерминированный сигнал информацию в себе никакую не несет. Например, сигнал с гетеродина, мы сами его сформировали, задали частоту, амплитуду, фазу.

Пример: x(t)=Asin(wt+j), где амплитуда А и j — случайная величина.

Например, мы знаем его частоту, но не знаем амплитуду и фазу — это квазидетерминированный сигнал, “квази”-почти, почти определенный сигнал. Информация вносит некоторую случайность. Если мы знаем амплитуду, частоту и фазу, значит информации там нет. Квазидетерминированный сигнал передает информацию, передача информации идет в тех параметрах, которые случайны, в нашем примере амплитуда и фаза случайные величины. Именно в этих величинах передается информация. Информация всегда несет в себе хаос, случайность. Все модулированные сигналы, ЧМ, ФМ это квазидетерминированные сигналы.

Кроме этого все сигналы могут быть непрерывными (аналоговыми) и дискретными (цифровыми или импульсными).

О случайном сигнале мы можем судить о его вероятностных характеристиках. Мы можем знать его плотность вероятности, но какое значение примет сигнал через секунду, минуту мы не знаем. Когда мы работаем со случайным сигналом, мы всегда работаем с вероятностью.

Параметры сигналов

Какие параметры мы будем использовать? Это энергия за некоторый интервал времени T. X(t) это сам сигнал, чтобы определить энергию мы должны взять по модулю, возвести в квадрат, проинтегрировать на некотором промежутке времени и получим энергию.

Средняя мощность за некоторое время t. Это энергия деленная на время.

Мгновенная мощность, если средняя мощность измеряется на некотором участке времени, то мгновенная измеряется в один, конкретный момент времени.

Средняя мощность измеряется на промежутке времени, а мгновенная в точке.

Спектральная плотность энергии и мощности

Спектральная плотность сигнала характеризует распределение энергии или мощности сигнала по диапазону частот. Спектральная плотность энергии, это как у нас энергия распределяется по частотному диапазону. Вычисляется через преобразование Фурье.

И соответственно, СПМ это, как у нас распределяется мощность по частотному диапазону.

В формуле, модуль в квадрате это спектральная плотность энергии, поделили ее на время T и по определению, время T должно стремиться к бесконечности. Но на практике, никто не ждет бесконечности, все оценивают СПМ на некотором интервале времени.

СПМ это некоторая функция зависящая от частоты. По шкале СПМ возьмем 10 Вт/Гц, и окрестности в 1 Гц по частоте. То в полосе 1 Гц будет заключено 10 Вт мощности.

Есть два сигнала и представлены их спектральные плотности мощности. ВОПРОС. Мощность какого сигнала больше?

Мы должны определить площадь под кривой, проинтегрировать. S1=2*10=20 Вт, S2=1*30=30 Вт. В первом случае S1 имеет мощность 20 Вт, а во втором 30 Вт.

СПМ реального сигнала, отображаемая на спектральном анализаторе.

Современные анализаторы спектра могут считать автоматически площадь, вы включаете определение мощности, задаете частотный интервал в котором он должен измерить эту мощность и он сам вычисляет канальную мощность сигнала.

Что происходит с сигналом в канале связи

С ним происходят ослабления, задержка, доплеровский сдвиг, шумы и тому подобное.

Ослабление

Сигнал ослабевает за счет рассеивания в пространстве. Например, у нас есть источник радиосигнала, всенаправленный и изотропный, т.е. он во все стороны излучает одинаково. Получается сферический фронт волны. На одном расстоянии r1 и на другом r2.

Пусть излучаемая мощность 100 Вт, все эти 100 ватт распределяются по всей сфере. Приемные антенны не большие, они охватывают только небольшой участок пространства. И количество мощности, проходящее через небольшой участок пространства, будет разный на расстоянии r1 и r2. Потому что плотность мощности на расстоянии r1 будет выше, чем на расстоянии r2.

Площадь сферы равна S=4pi*R^2. И эта формула фигурирует во всех формулах оценки дальности радиосвязи. Потому что радиоволна равномерно рассеивается в пространстве. И помимо того, что сигнал сам ослабевает по мере распространения в пространстве, электромагнитная волна проходит через некую среду, которую пытается нагреть и за счет этого теряет свою энергию.

Задержка распространения сигнала

Не смотря на то, что электромагнитная волна, это самое быстрое, что есть у нас во вселенной, тем не менее скорость распространения этой волны конечна. И поддается измерениям. Например, на 1 км задержка распространения

На что влияет задержка распространения? Обычно, мы точно не знаем расстояние между передатчиком и приемником с точность до микрон. И задержка распространения, которая нам неизвестна, мы не знаем расстояние и не знаем за какое время примем этот сигнал. И соответственно мы не знаем начальную фазу сигнала.

Доплеровский сдвиг частоты

Приняли сигнал с частотой, который отличается от той, которую мы передали. Это дало информацию о скорости объекта. Доплеровский сдвиг частоты появляется, когда у нас либо приемник, или передатчик, двигаются относительно друг друга. Либо двигается отражающая среда, передатчик излучил, радиосигнал отразился от какого-то объекта, если этот объект тоже двигается, то возникает доплеровский сдвиг частоты. Более подробно читайте полную статью “ Доплеровский сдвиг частоты ”.

Воздействие помех и шумов

И в эфире есть шумы и собственные шумы приемника. Про шумы подробнее в отдельной статье.

Замирания сигнала

Замирания сигнала это процесс, когда у сигнала, случайным образом скачет амплитуда и фаза. То больше амплитуда, то меньше. Выделяют:

Когда есть источник, есть приемник, есть множество путей распространения радиоволны, одна волна может прийти прямой, другая переотраженной.

Например, одна волна прошла 100 км, другая 101 км, к чему это приводит? Если две электромагнитные волны проделали разный путь, то фазы у этих сигналов тоже будут разные. Соответственно, если сигналы сложились в противофазе, то сигналы друг друга подавили, если сложились в фазе, то друг друга усилили.

Из-за многолучевого распространения, каждый луч проделывает разное расстояние, это приводит к тому, что начальная фаза каждого луча отличается. И когда в приемнике эти сигналы складываются, они могут друг друга усиливать либо ослаблять. Это приводит к тому, что амплитуда результирующего сигнала постоянно изменяется, это и есть быстрые замирания.

На рисунке ниже представлен характер изменения амплитуды сигнала от времени. Сплошной линией показаны быстрые замирания, пунктирной медленные. Медленные замирания происходят из за затенения, быстрые из-за многолучевого распространения. Получается, что амплитуда постоянно скачет на десятки дБ.

Межсимвольная интерференция

Возникает из-за многолучевого распространения.

Линейные искажения

Канал связи всегда имеет АЧХ и ФЧХ. Какие-то частоты он усиливает, какие-то ослабляет, фаза где-то поворачивается в одну сторону, где-то в другую это и есть линейные искажения.

Если мы хотим сделать модель канала связи, то чем больше этих параметров мы учтем, тем точнее будет эта модель.

Источник

ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ

Для начала нужно ввести некоторые определения, наибо­лее часто встречающиеся в специальной литературе. В пер­вую очередь к таковым относится понятие сигнала.

Сигналом мы называем любую информацию, независимо от её физического вида: акустический (механический) сиг­нал — движение частиц воздушной или жидкой среды, несу­щее звук от источника к слушателю; электрический сигнал — сообщение, передающееся по проводникам в форме электри­ческого тока; магнитный сигнал — информация, зафиксиро­ванная на ленте магнитофона в виде так называемой оста­точной намагниченности; оптический сигнал, передающий изображение, и т. д. Надо сказать, что информация, произво­дящая психофизические впечатления, в математической форме является величиной переменной. Действительно, по­стоянное атмосферное давление не вызывает слуховых ощу­щений, так же, как не вызывает зрительных ощущений пол­ный постоянный мрак.

Простейшим информационным сигналом, знакомым каж­дому со школьной скамьи, является синусоидальное (цикли­ческое, периодическое) колебание, характеризуемое частотой (или периодом), амплитудой и относительной фазой, когда идёт речь о временном сопоставлении двух сигналов (рис. 2-1).

Механическим видом такого сигнала считаются, напри­мер, колебание маятника, фрагмент колебания камертона (именно фрагмент, потому что все, возбуждённые ударом, колебания камертона будут постепенно затухать, т. е. их ам­плитуда плавно уменьшится до нуля). В такой же математи­ческой форме представляется простейший акустический сиг­нал, чистый тон — звучание того же камертона.

Практически, все остальные сигналы, несущие какую-либо информацию, уже не описываются простейшими фор­мами, а представлены спектром (рис. 2-2), в набор которого входит конечное или бесконечное число синусоидальных ко­лебаний, суммированных при определённом соотношении их амплитуд, частот и фаз, а то и вовсе сложенных хаотично. Пример последнему — акустический шум.

Собственно амплитуда, как и вообще так называемое мгновенное значение простейшего колебания представляет интерес только для математиков и создателей технических устройств. В нашей практике актуальны энергетические, мощностные характеристики сигналов, косвенным прибли­зительным отражением которых является их индикация на шкале измерителей уровней при звукозаписи или передаче. Под уровнем понимается величина сигнала, соотнесённая с каким-либо эталоном. Так, если сигнал сложного спектра по своей суммарной, интегральной мощности равен эталонно­му, его уровень считается 100-процентным. Половина мощ­ности соответствует 50 %, треть

Надо сказать, что используемые в нашей практике изме­рители уровня сигналов интегрируют их мощность в тече­ние очень малого времени, от сотен микросекунд до единиц миллисекунд, чтобы звукорежиссёр мог следить за текущей динамикой, так что видимый диапазон индикаций адеква­тен динамическому диапазону звукопередачи лишь с опре­делёнными приближениями. Чем меньше время интегриро­вания, тем безынерционнее, точнее происходит измерение, что, впрочем, имеет скорее технический смысл, нежели от­ражает динамические свойства звука. Действительно, слы­ша crescendo в оркестровом tuttu вряд ли мы, в отличие от безынерционного измерителя, станем одновременно реаги­ровать на vibrato флейт как на колебания суммарной громко­сти. Тем не менее, как будет показано ниже, точность инди­кации уровня звукопередачи важна для гарантии качества фонограммы.

Рис. 2-2

Учёт уровней звуковых сигналов в линейных процентных величинах не соответствует той шкале ощущений, что свой­ственна нашему слуху. Мы оцениваем изменения громкости в логарифмическом масштабе, и это позволяет нам воспри­нимать огромный, в арифметическом смысле, динамический диапазон звуков — с более чем миллионным перепадом. По-этому в электроакустике принята шкала отсчёта уровней, аналогичная слуховой: в относительных логарифмических единицах — децибелах (дБ). Ступенька такой шкалы в элект­роакустических измерениях составляет 20 lg A1/A2, где А1 и А2 — сопоставляемые величины, одна из которых, в боль-шинстве случаев А2, может являться эталонной, или, как выражаются инженеры, опорной. Поскольку в современной звукозаписывающей технике часто за опорный сигнал при­нимается максимально допустимый, то уровень текущего сиг­нала А1 в сравнении с ним может варьироваться в диапазо-неот О дБ до каких-либо отрицательных значений. Так, с из-вестным округлением, половина максимального уровня в логарифмическом масштабе равна величине в минус 6 дБ, треть — минус 10 дБ, четверть — минус 12 дБ, десятая часть — минус 20 дБ и т. д. Соответственно, увеличение уровня сигнала

по сравнению с его предыдущим значением отмечается, как прирост на то или иное количество «положительных» деци­бел (рис. 2-3).

Рис. 2-3

Измерители текущего уровня реальных сигналов, как пра­вило, не реагируют на короткие всплески последних, так на­зываемые пики, и предоставленные звукорежиссёру индика­торы показывают усреднённые значения уровней. Между тем, величина пиковых значений бывает очень существенна; для их практической оценки следует помнить о таком параметре натуральных акустических сигналов, как пик-фактор. Он отражает степень превышения пиковых значений сигналов того или иного рода над его средними значениями.

Величина пик-фактора может превышать 20 дБ.

Период колебаний является величиной производной; тра­диционно оперируют обратным понятием — частотой, изме­ряемой в герцах (ГЦ). Для музыкального слуха, на первых по­рах, частоту акустических сигналов можно ассоциировать с высотой звуков, если, конечно, говорить об основных тонах звучаний, без учёта обертонов, гармоник натурального ряда, хорошо известных людям, получившим музыкальное обра­зование. И хотя психоакустики доказали отсутствие абсолют­ных интервальных соотношений частот и высот звуков вдоль всей темперированной шкалы, на практике можно полагать, что октавное повышение адекватно удвоению частоты сиг­нала, а октавное понижение — её делению пополам. В осо­бенности это справедливо для звуков среднего регистра, от малой до третьей октавы. Для оценки частоты звукового сиг­нала музыканты пользуются точкой отсчёта в 440 герц, что соответствует камертонному ля первой октавы.

К слову, способность человеческого слуха отмечать рав­ными относительные интервалы звуков, независимо от

регистра, лишний раз доказывает логарифмическую приро­ду нашего восприятия. И здесь, как при оценке динамичес­ких диапазонов, вся область рационально слышимых частот из 18-20 тысяч герц превращается в какой-нибудь десяток октав.

В главе «ФОНОКОЛОРИСТИКА»читатель получит под­робные сведения о спектрах сигналов и о практическом от­ношении к частотам и частотным диапазонам.

О фазовых характеристиках сигналов в нашей практике можно говорить, рассматривая, по меньшей мере, их пару. Фаза — понятие временное, показывающее, насколько один сигнал отстаёт от другого или опережает его, но такая оцен­ка актуальна только при сравнении тональных сигналов с равными частотами, или двух одинаковых по частоте спек­тральных компонент сложных сигналов.

На рисунках 2-4 и 2-5 даны в тригонометрическом пред­ставлении пары одинаковых сигналов А и В. В первом случае

эти два сигнала являются синфазными — увеличение и умень­шение мгновенных значений во времени совпадает. При их сложениии итоговый сигнал А+В оказывается вдвое большим каждого из исходных. Несложно убедиться в том, что взаим­ное фазовое смещение любого из сигналов смешиваемой пары приведёт к заметному уменьшению их суммы (рис. 2-5).

В школьном курсе физики рассматривалось явление ин­терференции колебаний и волн, подробно поясняющее наши примеры.

ческих нарушений или неудачной установки микрофонов, она сказывается на чёткости стереофонического изображения (смотри главу «ФОНОГРАФИЧЕСКАЯ КОМПОЗИЦИЯ»),

вплоть до полной её неопределённости, а при монофоничес­ком воспроизведении стереозаписи, когда суммируются сиг­налы левого и правого стереоканалов, противофаза, благо­даря интерференции, может привести если не к полному пропаданию звука, то, по меньшей мере, к сильному нару­шению громкостных или тембровых качеств.

Рис. 2-5

Экстремальным случаем в звукорежиссёрской практике считается взаимный фазовый сдвиг изоморфных сигналов на 180°, так называемая «противофаза». Вследствие техни-

Рис. 2-6

Практический контроль фазовых соотношений осуществ­ляется с помощью так называемых кореллометров или гони­ометров, отражающих тенденцию преимущественного со­впадения или антисовпадения фаз спектральных компонент двух сложных сигналов.

На рисунке 2-6 приведены две гониограммы двухканаль-ного стереофонического сигнала, левая из которых, согласно международному стандарту, принятому для грамзаписи, ил­люстрирует преимущественную противофазность, а пра­вая — преимущественную синфазность стереопары. Сказан­ное отображается вертикальной или горизонтальной ориентацией гониограмм, соответственно тенденциям фазо­вых взаимоотношений.

38

Электронные устройства могут генерировать синусои­дальные колебания заданной амплитуды и частоты или иные колебания различного рода (в том числе и шум); их вид адекватно изображается на экране специального при­бора— осциллографа, с помощью которого технические со­трудники студий исследуют интересующие их параметры сигналов.

К характеристикам сложных реальных сигналов, с кото­рыми постоянно имеют дело звукорежиссёры, следует отнес­ти так называемую огибающую амплитуд, иллюстрирующую сигнал в его динамическом развитии (рис. 2-7).

Рис. 2-7

Информация, которую можно черпать из рисунка огиба­ющей, увеличенного до деталей, позволяет судить о характе­ре и времени атаки (нарастания) и затухания звуков; эти дан­ные бывают актуальны при использовании приборов для динамической обработки сигналов (рис. 2-8).

Источник