Belaidžio radijo ryšio garsas yra sudėtinga sritis, apimanti technologijas, kurios leidžia mums bendrauti per atstumus, dažnai be fizinių laidų. Viena iš esminių šios technologijos sudedamųjų dalių yra garso slopinimo grandinė, dar žinoma kaip "squelch". Ši grandinė yra skirta išspręsti vieną iš dažniausių triukšmo problemų, su kuria susiduriama racijų ir kitų radijo ryšio įrenginių naudojimo metu.
Garso Slopinimo Grandinė (Squelch): Triukšmo Valdymo Pagrindai
Racijos garso slopinimo funkcija yra griežtai filtruoti per didelį foninį triukšmą. Jos pagrindinis tikslas - pašalinti arba slopinti foninį triukšmą, kai negaunamas naudingas signalas. Tai užtikrina, kad racijos garsiakalbis tylėtų, kai nėra aktyvaus ryšio, taip taupant energiją ir išvengiant nepageidaujamų garsų. Kai garso slopinimo grandinė veikia, ji iš esmės yra "užversta", nepraleisdama jokių garsų. Įjungus garso slopinimą, bus girdimas garsiakalbio garsas, bet tik tada, kai bus aptiktas pakankamai stiprus signalas.
Squelch tikslas yra griežtai slopinti triukšmą. Tačiau, kaip ir daugelyje technologijų, čia slypi subtilus balansas. Jei slopinimas yra per didelis, silpni skambučio signalai taip pat bus apriboti ir jų nebus galima priimti. Tai ypač aktualu kalbant dideliais atstumais, kur silpni nuotolinio ryšio signalai gali būti slopinami kartu su triukšmu, o tai yra visiškai nepageidautina.
Garso slopinimo reguliavimas iš tikrųjų reiškia garso slopinimo grandinės lygio reguliavimą ir pasirinkimą. Kai signalo lygis pasiekia tam tikrą nustatytą lygį, squelch gali būti atidarytas, leidžiant garsui praeiti. Kai signalo lygis nukrenta žemiau šio lygio, slopinimas vėl užsidaro. Jei signalo lygis yra per aukštas, gali nepavykti priimti naudingų silpnų signalų. Kita vertus, jei jis per žemas, jus gali trukdyti triukšmas ir kiti nenaudingi signalai. Gauto signalo triukšmo stiprumas yra atvirkščiai proporcingas priimamam signalui - kuo stipresnis naudingas signalas, tuo mažesnis santykinis triukšmas.
Istoriškai, iki vidurio-1990-ųjų, racijų garso slopinimo reguliavimas buvo bepakopis, leidžiantis nustatyti lygį nuo maksimumo iki minimumo. Nuo vidurio-1990-ųjų racijų dizainas pradėtas skaidyti į kelis lygius tarp didžiausio ir minimalaus triukšmo. Kiekvienas lygis yra vadinamas "lygiu" ir yra vaizduojamas skaičiumi, vadinamu slopinimo lygiu. Čia svarbu suprasti, kad kuo aukštesnis lygis, tuo stipresnė garso slopinimo galimybė ir mažesnė tikimybė gauti naudingų silpnų signalų, kuriuos reikia priimti. Priešingai, kuo žemesnis lygis, tuo silpnesnis triukšmo slopinimo gebėjimas ir tuo lengviau priimti silpnus naudingus signalus. Tinkamo triukšmo lygio nustatymas turi didelę įtaką skambučio kokybei, tačiau šiam aspektui dažnai skiriama nepakankamai dėmesio.
Nepriklausomai nuo ryšio atstumo, garso slopinimo lygį galima reguliuoti retai. Ypač profesionalioms radijo stotims triukšmo lygio nustatymą pardavėjas gali nustatyti naudodamas kompiuterį, ir vartotojas negali jo pakeisti. Tačiau net ir šiuo atveju pardavėjai ne visada skiria pakankamai dėmesio triukšmo lygio nustatymui. Kai kurie net nesupranta triukšmo lygio reikšmės ir aklai jį nustato, arba tiesiog laikosi gamintojo nustatyto triukšmo lygio, nepaisant to, ar gamyklinis nustatymas yra tinkamas konkrečiai naudojimo aplinkai. Dėl to racijos komunikacijos efektas negali būti maksimaliai padidintas.
Squelch lygio nustatymo principas turėtų būti grindžiamas vartotojo komunikacijos aplinka ir reikalavimais. Kai vartotojui reikalingas didesnis ryšio atstumas, gaunamas signalas susilpnėja, todėl reikia didesnio priėmimo jautrumo. Tai pasiekiama nustatant žemesnį garso slopinimo lygį arba mažesnį garso slopinimo reguliavimą. Kai vartotojo ryšio atstumas yra artimesnis ir gaunamas signalas stipresnis, priėmimo jautrumas gali būti sumažintas, o garso slopinimo lygis turėtų būti didesnis. Kitaip tariant, jei triukšmo reguliavimas yra "gilesnis" (aukštesnis lygis), triukšmas bus mažesnis. Kai pokalbio metu pastebimi trikdžiai (pvz., staigus balso dingimas), tai reiškia, kad priimamas signalas yra silpnas arba ryšio atstumas pasikeitė. Šiuo atveju triukšmo lygis turi būti sumažintas, kad padidėtų jautrumas. Įprastomis aplinkybėmis, kai vartotojai įrenginį naudoja pastato viduje ir atstumas nėra labai didelis, lygio nustatymas gali būti aukštesnis, pavyzdžiui, "6 lygis". Laukinėje gamtoje, kai ryšio atstumas yra tolimas, lygio nustatymas turėtų būti žemesnis, pavyzdžiui, "3 lygis".
Garsas: Fizikiniai Principai ir Perdavimas
Prieš gilindamiesi į radijo signalų perdavimo subtilybes, svarbu suprasti patį garsą. Garsas - tai tam tikri slenkančio slėgio svyravimai terpėje, kurie yra girdimi žmogaus ar gyvūno ausimis. Garsas sklinda ore ir kitose dujose, skysčiuose, kietuose kūnuose specifiniu greičiu. Beorėje terpėje garso nėra. Žmogaus ausimi girdimų garsų dažnių diapazonas yra maždaug nuo 16 Hz iki 20 000 Hz. Su amžiumi klausa dažnai silpnėja, ypač aukšti tonai tampa negirdimi.
Fizikos šaka, tirianti garsą, yra akustika. Garso bangos perneša energiją, kurią galima panaudoti. Kalbą ir muziką galima perduoti daugybe būdų, todėl garsas yra efektyvi komunikacijos priemonė. Ultragarsas, aukšto dažnio garsas, kurio žmogus negirdi, yra itin svarbus kai kuriems gyvūnams, pavyzdžiui, šikšnosparniams, delfinams ir banginiams, padedantis jiems orientuotis erdvėje aktyvios ultragarsinės echolokacijos sistemų dėka. Tačiau net ir garsiausio garso energija yra nedidelė.
Garsas yra tam tikra kinetinės energijos forma, kurią sukuria bet kuris virpantis objektas. Visų garsų priežastis yra mechaniniai aplinkos virpesiai, nors jie paprastai yra nematomi. Virpantis kūnas verčia virpėti arčiausiai esančias oro molekules. Šie virpesiai sklinda ore, sudarydami garso bangą, tačiau svarbu suprasti, kad oras banga neslenka. Ten, kur molekulės susitelkia, susidaro didesnio slėgio sritis (sutankėjimas), o ten, kur jų lieka mažiau - žemesnio slėgio sritis (praretėjimas). Pakaitomis einančios sutankėjimų ir praretėjimų sritys sklinda ore kaip garso banga. Kuo stipresni daikto virpesiai, tuo didesnis sutankėjimų ir praretėjimų slėgio skirtumas, ir garsas yra stiprus. Virpesių dažnis lemia garso aukštį, arba toną. Jei virpesiai dažnėja, sutankėjimų ir praretėjimų sritys suartėja - garsas darosi aukštesnis.
Garso greitis ore ties jūros lygiu yra apie 331 m/s, sklindant iš šaltinio visomis kryptimis. Dideliame aukštyje garso greitis yra mažesnis, nes oras yra retesnis. Vandenyje ar metale garso greitis yra didesnis, nes šios medžiagos yra daug tampresnės negu oras, ir virpesiai jose sklinda sparčiau. Garso greitis vandenyje siekia apie 1500 m/s, o pliene - apie 5000 m/s.
Garso stiprumo lygis matuojamas decibelais (dB). Prietaisas matuoja garso stiprumą, susijusį su garso bangos slėgio skirtumu - garsiniu slėgiu. Garso stiprumo skalė yra logaritminė: garso sustiprėjimas 10 dB atitinka dešimt kartų didesnį stiprumą. Du kartus padidėjus garso stiprumui, garsinio slėgio lygis padidėja 6 dB. Garsumas apibūdina klausos organų slėgio pojūtį. Sutankėjimų skaičius per sekundę lemia garso dažnį, kuris matuojamas hercais (Hz): 1 Hz lygus vienam virpesiui per sekundę. Dažnių skalė nėra logaritminė: 440 Hz tonas (pirmosios oktavos la) skamba du kartus aukščiau (sakoma oktava aukščiau) negu 220 Hz tonas.
Garsas plačiai naudojamas kaip perspėjamasis signalas. Echolokaciją naudoja ne tik kai kurie gyvūnai. Ultragarsinę echolokaciją naudoja karo laivai povandeninių laivų paieškai, žvejybiniai laivai - žuvų telkinių paieškai. Panašiu principu veikia ir ultragarsinė echoskopija, naudojama medicinoje (organų riboms nustatyti, auglių paieškai ir pan.) ir technologijose (defektų paieškoms). Triukšmas, aprėpiantis platų dažnių diapazoną, nebūdingas kuriam nors vienam tonui. Labai garsus triukšmas yra pavojingas, nes ilgas stipresnio nei 100 dB triukšmo (pavyzdžiui, reaktyvinio lėktuvo variklio ar daugelio mechanizmų keliamo triukšmo) poveikis greitai ir visam laikui pažeidžia klausą.
Radijo Ryšio Signalų Perdavimas ir Priėmimas
Antžeminių radijo transliavimo sistemų vystymas tarptautiniu mastu vyksta numatytose radijo dažnių juostose, vadovaujantis stočių koordinavimo principus nustatančiais regioniniais susitarimais, radijo dažnių planais ir radijo ryšio veiklą reguliuojančių tarptautinių institucijų sprendimais bei rekomendacijomis. Radijo dažnių ištekliai yra riboti. Radijo ir televizijos tarnybos (RRT) skiria naudoti radijo dažnius (kanalus) vadovaudamosi jų naudojimo sąlygas ir tvarką reglamentuojančiais teisės aktais, elektroninių ryšių veiklos reguliavimo principais - efektyvaus radijo dažnių naudojimo užtikrinimo, technologinio neutralumo ir kt. siekdamos užtikrinti elektromagnetinį suderinamumą ir apsaugoti nuo radijo trukdžių radijo ryšio sistemas.
Daugelis vartotojų susiduria su situacija, kai naudojantis radijo stotimi radijo signalas nėra geras ir dažnai pasigirsta triukšmas. Ši situacija dažniausiai pasireiškia ne didelės galios radijo ryšio stotyse, bet turėtų būti suprantama, kad radijo ryšio perdavimas priklauso nuo įvairių objektyvių veiksnių, tokių kaip kliūčių blokavimas, signalų apsaugos zonos ir kt. Klausimas, kaip pagerinti radijo stočių signalo aprėptį rūsyje arba atvirame erdvės pastate, yra aktualus. Bendrojo gyvenamojo būsto rūsio gelžbetoninės sienos yra gana storos, todėl radijo signalų slopinimas yra labai didelis, todėl sunku bendrauti su pagrindiniu rūsio aukštu. Tokiems klientams, jei nėra kartotuvo, dažnių šaltinių trūkumas gali apriboti galimybes. Galima išplėsti pradinės bazinės stoties aprėptį; per signalo bandymo įrangą galima nustatyti, kuriose rūsio vietose yra signalinių aklųjų taškų, ir pridėti antenos išdėstymą aklosiose zonose. Tačiau esant dideliems signalo praradimams, gali tekti pridėti kartotuvą. Pavyzdžiui, skaitmeninis kartotuvas gali naudoti dvi dažnių juostas. Tam reikia konfigūruoti kartotuvą pagal savo kanalo naudojimą. Per koaksialinį kabelį ir anteną, visas rūsys gali būti padengtas. Tada prie pastato viršaus pridedama lauko antena, kad būtų užtikrintas geras signalas tam tikrame aukšte.
Bet kaip iš tikrųjų perduodamas ir priimamas radijo signalas? Daugelis žmonių žino, kad radijo ryšiu informacijai erdvėje perduoti naudojamos elektromagnetinės bangos. Tačiau kaip elektromagnetinė banga perduoda informaciją? Kaip perduodamas ir priimamas radijo signalas?
Pagrindinis radijo signalo perdavimo principas:
Žmogaus ausis gali girdėti garsus maždaug 20-20 kHz dažnių diapazone, kurie paprastai vadinami garsu. Garso bangos ore sklinda labai lėtai, apie 340 metrų per sekundę, ir labai greitai nyksta. Nesvarbu, kaip garsiai žmogus šaukia, jo balsas neperžengia didelio atstumo. Norint perduoti garsą iki kelių kilometrų ar daugiau, įprastas būdas yra paversti garsą elektriniu signalu ir tada bandyti perduoti šį elektros signalą. Užduotį paversti garsą elektriniu signalu paprastai atlieka mikrofonas. Kai žmogus kalba į mikrofoną, mikrofonas išveda atitinkamą įtampą. Ši įtampa kinta taip pat, kaip ir garsas.
Kaip elektros signalas po mikrofono konvertavimo gali būti perduodamas dideliu atstumu? Kintamieji elektromagnetiniai virpesiai gali būti spinduliuojami į orą naudojant anteną. Tačiau antena turi būti tinkamo dydžio, kad radijo bangos sklistų efektyviai. Tiksliau, antenos ilgis turi būti panašus į elektromagnetinių virpesių bangos ilgį, kad būtų galima efektyviai skleisti elektromagnetinius virpesius. Garso signalo dažnis yra nuo 20 Hz iki 20 000 Hz, o jo bangos ilgis svyruoja nuo 15 km iki 15 000 km. Akivaizdu, kad sunku pagaminti tokio dydžio anteną. Todėl tiesiogiai skleisti garso signalą į orą nėra lengva. Net jei spinduliuotė būtų įmanoma, skirtingų stočių skleidžiamų garso signalų dažniai yra beveik vienodi. Jie susimaišytų ore, o klausytojas negalėtų pasirinkti priimtino signalo.
Buvo pastebėta, kad "aukštas dažnis tam tikromis sąlygomis yra toliau nei žemas dažnis". Mokslininkai sugalvojo idėją: jei norite pasiekti tą patį tikslą, ėjimas tikrai nėra toks greitas kaip važiavimas automobiliu. Jei perduodate žemo dažnio (garso) signalą, jis gali "užgesti" vietoje, kaip automobilis, kuriam trūksta degalų. Todėl buvo sukurta technologija, kurios metu generuojamos skirtingos aukšto dažnio elektromagnetinės bangos, o garso signalas "siunčiamas" į aukšto dažnio elektromagnetinę bangą ir perduodamas antena. Tokiu būdu skirtingi siųstuvai gali naudoti skirtingus aukšto dažnio elektromagnetinių bangų dažnius, kad jie netrukdytų vienas kitam. Ar antenos dydis nėra palyginti mažas? Praktika įrodė, kad ši mintis teisinga.
Radijo siųstuvas yra šios idėjos derinys; jis generuoja aukštus dažnius, užbaigia garso ir elektros konversiją; jis taip pat užbaigia žemo dažnio signalo "gabenimą", galiausiai per anteną siunčia sintetinę elektromagnetinę bangą į erdvę.
Siųstuve aukšto dažnio elektromagnetines bangas generuojanti dalis vadinama "aukšto dažnio osciliatoriumi", o garso signalo "perdavimo" į aukšto dažnio virpesių bangą procesas vadinamas "moduliacija". Aukšto dažnio virpesių banga po moduliacijos vadinama "moduliuotu signalu". Naudojant perdavimo liniją moduliuotam signalui siųsti į anteną, moduliuotas signalas gali būti spinduliuojamas ir perduodamas į nutolusią vietą.
Apibendrinant, siųstuvas turi atlikti keturias pagrindines užduotis:
- Paversti garsą elektriniu signalu.
- Sukurti tam tikros galios aukšto dažnio svyruojančias bangas.
- Naudoti garso signalą valdyti tam tikrą aukšto dažnio virpesių bangos parametrą (moduliacija).
- Siųsti elektromagnetines bangas.
Norint atlikti šias keturias užduotis, siųstuvas turi turėti siųstuvo keitiklį, aukšto dažnio osciliatorių, moduliatorių, aukšto dažnio stiprintuvą, perdavimo anteną ir maitinimo šaltinį.
Mėgėjiškas radijas: kaip vienas su kitu bendrauja radijo mėgėjai?
Radijo Signalų Priėmimas
Radijo bangai perdavus į priėmimo vietą, imtuvo užduotis yra priimti ore sklindančią elektromagnetinę bangą ir atkurti pradinį signalą. Elektromagnetinių bangų priėmimo užduotį atlieka priėmimo antena.
Pažymėtina, kad dėl didelio radijo stočių skaičiaus priėmimo antena vienu metu priima ne tik norimus signalus, bet ir keletą kitų dažnių signalų, kurių klausytis nereikia. Priežastis, kodėl šios radijo bangos naudoja įvairius nešlio dažnius, yra ta, kad imtuvas galėtų "pasirinkti" norimą priimti signalą pagal skirtingus radijo stoties nešlio dažnius. Todėl "selektyvumas" tapo svarbiu radijo imtuvų kokybės rodikliu.
Nėra įmanoma imtuve pasinaudoti "selektyvine grandine", kad būtų galima pasirinkti priimtiną tam tikros radijo stoties skleidžiamą elektromagnetinę bangą, o naudojant ją tiesiogiai stumti ausines (imtuvą). Taip pat pirmiausia reikia pašalinti aukšto dažnio signalą, kuris anksčiau buvo "siųstas", ir atkurti jį į pradinį garso signalą. Garso signalų išgavimo iš aukšto dažnio elektromagnetinių bangų procesas vadinamas demoduliacija, o atitinkami komponentai - demoduliatoriais. Siunčiant detektoriaus garso signalą į ausines, galima išgirsti pageidaujamą signalą.
Radijo ryšio garsas yra sudėtinga sistema, kurioje kiekvienas komponentas, nuo garso slopinimo iki signalo perdavimo ir priėmimo, atlieka svarbų vaidmenį užtikrinant kokybišką komunikaciją. Tinkamas garso slopinimo nustatymas ir supratimas, kaip veikia radijo signalų perdavimas, yra esminiai elementai, siekiant maksimaliai išnaudoti radijo ryšio galimybes.
Lietuvos radijo dažnių paskirstymas ir naudojimas rodo šios technologijos svarbą ir reguliavimo poreikį. Pavyzdžiui, pateiktame sąraše matome įvairias radijo programas, jų dažnius, vietoves ir naudotojus Lietuvoje, kas iliustruoja radijo transliavimo tinklo sudėtingumą ir jo svarbą visuomenei.
Šis straipsnis apžvelgia pagrindinius radijo ryšio garso aspektus, pradedant nuo triukšmo mažinimo technologijos, tokios kaip garso slopinimo grandinė, ir baigiant fundamentiniais fizikiniais garsų ir radijo signalų perdavimo principais.