Разборчивость речи в системе промышленной связи

В соответствии с международными стандартами под разборчивостью понимается «степень, в которой речь может быть понята (расшифрована) слушателями».

Поскольку речевой сигнал обладает определенной избыточностью, для обеспечения достаточной степени разборчивости допустимы некоторые потери информации при передаче. Однако допустимая величина потерь передаваемого сигнала в значительной степени зависит от внешних условий. Из-за наличия различных шумов, искажений и реверберационных помех суммарные потери информации могут быть столь ощутимы, что они способны привести к невозможности понимания смысла речи, т. е. снижению уровня разборчивости. Таким образом, системы связи, которые обеспечивают достаточную разборчивость речи при работе в нормальных условиях, могут оказаться неприменимы при высоком уровне окружающих промышленных шумов.

Обертоны

Принято считать, что основная энергия голосового сигнала находится в довольно узком диапазоне: в районе 500 Гц – 2 КГц. Поэтому системы классической телефонии предназначены для передачи эффективного диапазона частот в пределах 0,3 – 3,5 кГц. Такая ширина считается достаточной для передачи голоса в обычных условиях.

На самом же деле человеческий голос имеет гораздо более широкий спектр. Частотные составляющие за рамками основного набора звуков называются обертонами. В нормальных условиях связи они являются избыточной информацией и могут быть отброшены без существенной потери для понимания сообщений. Однако в условиях сильных помех «основные» звуки сливаются, становятся трудноразличимы, и именно обертоны становятся определяющими в процессе понимания. Обертоны являются своеобразными «знаками препинания», которые позволяют разделить поток звука на отдельные слова и фразы, увеличивая разборчивость речи в системах промышленной связи.

Стандартная и расширенная полоса пропускания

На графиках ниже представлены важные различия между классической телефонией и промышленной связью.

Левый график ограничен стандартной 3.5 КГц полосой, в то время как на правом графике передаваемый спектр расширен до 7 КГц, что позволяет транслировать не только основные звуки голоса (желтая область на графике), но и более высокочастотные обертоны. Если совместить с графиками типичную спектральную характеристику промышленных шумов, в значительной степени перекрывающую область основной звуковой информации, можно отметить бОльшую эффективность передачи сигнала с расширенным спектром. Это приводит к увеличению разборчивости.

Реализация на практике

Цифровой звуковой сигнал в телефонии передается по каналам с пропускной способностью 64кбит/с, что обеспечивает полосу пропускания в 3.5 кГц. Объединив два канала для передачи одного звукового сигнала, можно увеличить ширину полосы до 7 кГц, тем самым обеспечив более высокую разборчивость речи в условиях сильного окружающего шума.

При этом, если объединить не два, а три (и более) канала, расширив полосу пропускания до 10.5 кГц (и выше), результаты могут не оправдать затрат. Это связано с тем, что, во-первых, разница между 7 и 10,5 КГц на слух малоразличима. А во-вторых, большинство высокоэффективных рупорных громкоговорителей, применяемых в системах промышленной связи, имеют полосу воспроизводимых частот в районе 7 – 8 КГц, что просто не позволит воспроизвести звуковой сигнал улучшенного качества.

Таким образом, выбор эффективного решения для создания системы связи на промышленном предприятии требует учета реальных условий применения и поиска оптимального соотношения «качество передачи голоса  – ресурсоемкость системы». При создании систем связи, предназначенных для работы в условиях высокого уровня окружающего шума, на первый план выходят требования обеспечения необходимой разборчивости речи, и в этой ситуации специализированные системы для промышленной связи оказываются наиболее эффективным решением.

Оборудование Армтел для систем оперативно-технологической и громкоговорящей связи >>