Thiết bị đầu cuối thông tin

đhqghn

TRUNG TÂM TT-TV

621.38
Vư-T
2001
NHÀ XUÂT BẢN GIÁO D


v ũ ĐỨC THỌ

THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI
THÔNG TIN
í Tái bàn lân ih ứ hai Ị

N H À X U Ấ T BẤN G IÁ O D ỤC


LÒI N Ó I ĐAU

M ột kê thống thông tin sẻ truyền tin tức từ
tin. Trong đó thiết bị dầu cuối thông tin (TBĐC)
đ ể biến dối tin tức nguồn thành tín hiệu diện,
thống d ề biến dối tín hiệu diên thành dạng tin
cầu nhận tin.

n g u ò l^ tin dến nhận
nằm ò dầu hệ thống
hoặc n ằm ỏ cuối hệ
tức p h ù hợp vói yêu

Thiết bị đàu cuối thông tin là m ôn học v ỉ nguyên lí các phương
p háp biến dổi tin của các TBĐ C khác nhau. N h ữ n g ván dê liên quan
dến lượng thông tin nhìn sẻ dưoc giói thiệu ò giảo trình truyền hình.
Giảo trình gồm ba phản :
- Phân I : Trình bày nhữ ng ván dầ của thiết bị đầu cuối ảm thanh ỉ
- Phần II : Các thiết bị đầu cuối bưu điện : diện báo truyền chữ,
truyên ảnh tinh, m áy điên thoại...
- Phần III : Thiết bị dầu cuối số liệu
N ăm 1996 chúng tôi có liên két vói N hà xuất bàn Giáo dục cho
xu á t bản cuốn "Thiết bị đàu cuối thông tin ”. Từ dó dén nay do có sự
cập nhật thông tin và dề p h ù hợp vói chương trình g iảng dạy của
trường, chúng tôi dã biên soạn lại, bổ sung thêm nội d u n g trong cuốn
"Thiết bị dầu cuối thông tirì' đ ể làm tài liệu giảng dạy ch ín h cho sinh
viên cùa khoa Diện tử Viển thông.
Cuốn sách chắc chấn không tránh khỏi thiếu sót, chúng tồi m ong
n hận dược nhiều ý kiến đóng góp của bạn đọc gần xa. Các ý kiến
xin gửi vẻ N hà xuát bản Giáo dục 81 Trần H ưng Đạo - Hà Nội
(Tel : 8222393). Chúng tôi x in trản trọng cám ơn bạn đọc góp ý n h ă m
hoàn thiện cuốn sách.

Tác giả

3


Phan 1
THIẾT BỊ ĐẲU CUỐI ÂM THANH

I - ÂM THANH - THÍNH GIÁC - TIẾNG NÓI

§1. ÂM THANH
Sđng âm là sự biến đổi các tính chất của môi trường đàn hổi khi n ản g lượng âm truyền
qua. Sóng âm cổth ể truyén trong vật ch ất th ể rắn, lỏng, khí.Sóng âm không truyển được
tro n g chân không.Trong giáo
trìn h này ta chỉ chú ý sự truyền âm tro n g không khí. Khi
kích thích dao động âm trong môi trư ờng th ể khí thì những lớp khí bị nén và những lớp
khí bị dăn được hình thành. Trạng thái nén và dãn lấn lượt được lan tru y ền từ nguổn âm
dưới dạng sóng dọc (phương dịch chuyển của dao động trù n g với phương truyền âm). Sự
biến đổi á p -s u ấ t-tổ n g xung quanh á p -s u ấ t-tỉn h bàng một lượng nhỏ p = (P - (PQÌ biểu thị
th a n h áp.
Đơn vị áp su ất

1 Pascal, viết tá t là Pa = N/m 2
1

b ar = 106 dyne/cm 2 = 105Pa

Ví dụ : áp su ấ t tỉnh (PG của khí quyển ở điéu kiện tiêu chuẩn xấp xỉ 1 b ar = 106 thanh
áp trung bỉnh trong không khí.
Lí thuyết sdng xác định đặc tính sổng âm bởi phương trin h sdng :
V2P
Thanh áp p

=

d2 p
ax2

(x,

d2 p
— ^~
ay2

92 p
“ =
az2

1 ti2 p
—- — zr
c2 9 t 2

(c đươc giới thiêu ở dưới)

y, z, t) là hàm của các biến không - thời
p

gian.

02 p

Trong trường hợp riêng, nếu — ~ = 0 , ——^ = 0 thl ta cổ sđng phảng. Khi đổ, nghiệm
dy2
dz
cùa phương trinh sòn g : p = f ^ t ----- j là hàm số khà vi của các biến t, X và xác định

đơn trị theo giá trị pha t — —# với đặc tính :
+ AX
r [(t„ + i t ) ^

*

Do đó :

.

x_
f (« c - £ )

Ax
= c
At

c là tốc độ tru y én nàng lượng âm (gọi tắ t là tổc độ âm).


Nếu sdng p hảng đổ là điéu hòa, thì :
p = P m cos [2 7 tf ( t p = >[2 p,co s(aỉt - kx)
Pm : biên độ : pc : giá trị hiệu dụng

0) = 2jĩf ;

K = -Ỵ -

Ả : bước sóng.

Tốc độ âm c phụ thuộc vào đặc điểm hóa lí của môi trường, ví dụ : tro n g không khí
khô, 0°c, (Po = 760m m H g, hàm lượng khí C 0 2 là 3 X 10“ 4 phân tử gam thỉ c = 33.14ÕX
cm/s. Ớ khoảng nhiệt độ khí quyển nước ta, có th ể xác định :
cm/s

T là nhiệt độ Kenvin
Dưới đây, dản ra m ột số định nghĩa và công thức tro n g điểu kiện sóng âm là phảng và
điểu hòa :
dx
TỐC độ dao động âm (còn gọi là tốc độ pha) V = -j- (v « c)
Âm trở của môi trư ờ n g :
z

P
V

I ¿1 = /> c[g/cm 2s]
p là khối lượng riêng không khí.
Cường độ âm I là công su ấ t âm th ô n g qua m ột đơn vị diện tích m ật sóng. Mật độ năng
lượng âm £ là năng lượng âm tro n g m ột đơn vị th ể tích trư ờng âm. I = pv = £c.
§2. TH ÍNH GIÁC
Dưới đây là nhữ ng k ết quà nghiên cứu thống kê về thính giác người.
2.1. Cảm th ụ v é tâ n s ố
Dải tẩ n 16 -r 20.000H z là phạm vi tá n số âm m à tai người có th ể cảm thụ được, gọi
là âm tán . Dưới 16 H z là h ạ âm . Trên 20 kH z là siêu âm. Càm thụ vé tán số âm, th ể
hiện "độ cao" của âm . Khi tả n g liên tiếp gấp đôi tấ n sổ thì tai người càm thụ thấy bậc
biến th iên bằng nhau vể độ cao âm . Trong âm học, người ta thường dùng đơn vi Octave
(oct). Số oct tương ứ ng với tấ n số fn được xác định như sau :
n = log 2 Ỷ
o

6

fn
3,341g f

Vậy 1 oct tương ứng với biến thiên gấp hai lẩn về tầ n số so với tẩ n số chuẩn fc>. Khoảng
= 20H z, ta có bảng

âm tấ n chiếm 10 oct. Người ta còn dùng đơn vị ^ oct. Ví dụ, chọn f
o
sau đây :
20

n (oct)

0

25

31,5

1

2

3

3

fn.Hz)

630

1.000

n (oct)

5

2
5 3

40

1

50

63

1

2

13

l 3

1.250
6

80

2

100

125

1

2

3

3

160
3

2.000

3.150

5.000

• i

1
73

8

200

250

315

1

„ 2
3 3

4

ICO
CO

fn.Hz)

10.000

.

20.000

9

10

Cực tiểu biến thiên tương đối của tấ n sô m à tai người nhận ra (như là có thay đổi độ
cao âm) được gọi là ngưỡng vi phân của độ th ín h theo tấ n số. N gưỡng này phụ thuộc vào

giá trị khởi đáu của tấ n số, củng phụ thuộc vào bỉên độ di tấ n và tóc độ di tấn. Ví dụ :
„
Khoảng thấp hơn 500 Hz

Af

= 1%

Khoáng cao hơn 4000 Hz

=

0,4 -ĩ- 0,5^

Khoảng tấ n số tru n g binh

= 0,2 -T- 0,3%

Vậy sự cảm thụ vể tẩ n số âm gần với quy lu ật log-, theo tẩ n số. Các đặc tín h tẩ n
của th iết bị điện thanh sử dụng trục tầ n số theo th a n g tỉ lệ log-, sẽ rấ t trự c quan.

số

2.2. C ảm th ụ v ề b iê n đ ộ
Cảm thụ vé biên độ âm th ể hiện "độ to" của âm , th ư ờ n g gọi là âm lượng. Âm lượng
không chi phụ thuộc vào biên độ âm , m à còn phụ thuộc vào tá n số và h àn g loạt yếu tô
khác. Vi dự, khi tác động lâu một âm th a n h biên độ không đổi thi âm lượng giảm đi.
Ngưỡng nghe được là mức thanh áp nhỏ n h ấ t của âm đơn m à tai người còn cảm thụ
được. Ngưỡng nghe được ỉà mức giới hạn chuyển từ trạ n g thái nghe thấy san g trạ n g thái
không nghe thấy, và ngược lại. Ngưỡng nghe được phụ thuộc tán số,lứa tuổi người

nghe,
biện pháp bố trí nguổn âm... Thanh áp hiệu d ụng của dao động điều hòa 1000
Hz bằng
2.10 " 5 N/m 2 gọi là ngưỡng nghe được tiêu chuẩn.
Ngưỡng chói tai là mức thanh áp lớn n h ấ t của âm đơn m à tai người còn chịu đựng
được. Ngưỡng chói tai là mức giới hạn khả nầng chịu đự ng nếu vượt q uá sẽ gây ra tổn
thương thính giác không hổi phục được. N gưỡng chđi tai phụ thuộc tấ n số (như ng phụ
thuộc ít hơn so với ngường nghe được). T h an h áp điều hòa 1000 Hz bằng 20 N /m 2 gọi là
ngưỡng chổi tai tiêu chuẩn. Nói một cách g án đ ú n g cứ mỗi khoảng tả n g gấp 10 lấn cường
độ âm (đơn) thì tương ứng với bậc tâ n g âm lượng 1 lẩn. Cảm th ụ về biẻn độ âm gắn với
quy luật log1() (theo âm lượng). Ben là đơn vị so sán h tư ơ ng đói với chuẩn để biểu th ị mức
âm lượng :
M = lg

(Ben)
o

với I

là âm lượng chuẩn.
7


ở tấn số 1000 Hz, thính giác phân biệt biến thiên âm lượng 0,1 Ben = 1 dB. Dơn vị
dB rấ t thường dùng :
I
N = 101g J (dB)
C)
Từ các công thức sóng âm phảng và điểu hòa ở §1, ta cổ :
N = l O l g f = 101g ệ - = 201g £ = 201g f

lo
o
Po
v(>
Nếu chuẩn so sánh là ngưỡng nghe được tiêu chuẩn (I() = 10- 12W/m 2 ; £() = 3.10 " 15
J/m 3 ; vo = 5.10 " 8 m/s) thỉ số dB tương ứng được gọi là mức tuyệt đối của âm. v í dụ,
mức tuyệt đối của ngưỡng chói tai là 120 dB.
Cực tiểu biến thiên âm lượng m à tai người nhận ra được gọi là ngưỡng vi phân của độ
thính theo biên độ. Nghỉa là âm lượng biểu thị tính chất "lượng tử" của thính giác. Với
âm lượng bé gấn ngưỡng nghe được thì ngường AN chừng vài dB. Còn với âm lượng tru n g
bình AN ^ 0,4 dB.
Trong thông tin, người ta thường dùng đơn vị dB để chỉ mức các đại lượng điện so
sánh với chuẩn. Cấn lưu ý rằn g người ta đả chọn rấ t nhiéu giá trị chuẩn khác nhau tùy
theo ứng dụng ; do đó dễ nhấm lẫn. Ví dụ :
(dBW) = 101g
(dBV) = 20lg —
(dBm) = 101g ~
Trong trường hợp dBm, nếu trở kháng chuẩn RQ = 600Q (điểm OdBm = lm W thường
được coi là điểm đấu vào m ạng thông tin điện thoại), thì ta có tương đương :
(dBm) = 20lg

= 20lg

Ngoài dB, các đại lượng điện còn được biểu thị bằng Nêpe :
N’ =

u
o

(1 dB = 0,115 Nêpe ; 1 Nêpe = 8 ,6 8 6 dB)

Khi dùng đơn vị so sánh tương đối, việc cộng hay trừ không th ể như sổ thường, ví dụ :
2 loa cùng phát m ột chương trỉn h cd mức lệch nhau 7 dB, nếu loa công su ất bé bị n g át
thì âm lượng chỉ giàm 0,8dB.
Muốn tỉm ra đáp số 0,8 dB của ví dụ này, ta phải dùng định nghĩa N = 101g Y đ ể
()
Bằng đổ thị hình 1-2, việc cộng và trừ các số dB trở th àn h đơn giản
Ví dụ :
Đo mức âm không có tạp âm nén {như q u ạt và máy điéu hòa không chạy) được 33 dB
8


f

Đo mức âm bao gổm tạp âm
nền (quạt và máy điều hòa chạv)
được 37 dB.
Hiệu số 37 dB - 33 dB = 4dB
được coi như là chênh lệch mức
âm tổng với mức âm nhỏ hơn
(trụ c hoành). Từ đồ tỉiị suy ra
hiệu số mức âm tổng với tạp âm
nền (trục tung) là 2,2 dB.
Vậy mức tạ p âm thực sự là :
37 dB - 2,2 dB = 34,8 dB.
2.3.
Đ ư ờ n g c o n g d ẳ n g âm
lư ợ n g (ĐCĐAL)

4

5

6

7

ô

9

10

11

12

Htêu sò giỉ/ơ mức tong rõ /vứt be hơn

ĐCĐAL là kết quà tống hợp
l ĩì n h 1 -1
Dổ thị trộ giúp cộng - trừ dB
nghiên cứu thống kê về thính
giác. Đế xây dựng ĐCĐAL, người ta đưa ra đơn vị "phôn" Số "phôn" của một âm đơn tấn
số f nào đó đúng bàng số dB của âm 1000 Hz khi thính giác cân bàng âm lượng của
chúng DCĐAL được vê trê n đố thị mà trụ c tung là mức dB, trục hoành là th an g tấn số
âm với tham số họ đường cong là "phôn". Cách vẽ như sau, ví dụ : vẽ đường 60 phôn :
cho máy phát A phát âm đơn 1000 Hz, 60
dB, cho máy phát B p h át âm đơn 100 Hz.
Người nghe điểu chỉnh mức âm 100 Hz sao cho đạt tới cảm giác âm lượng 100 Hz cân
bằng với âm lượng máy phát A Đống hổ đothanh

áp của máy phát B cho biết mức âm
100 Hz là 65 dB. Vậy ở 100 Hz, mức tuyệt đối 65 dB đẳng âm lượng vớimức tuyệt
đối
60 dB của âm 1000 Hz. Mức âm của cả hai sóng đểu là 60 phôn. Ta vẽ được 1 điểm trên
ĐCĐAL 60 phôn : hoành độ là 100 Hz, tu n g độ là 65 dB.
Thay đổi tấ n số và mức âm của máy phát B, dùng tai để cân bàng âm lượng máy B
với máy A, ta vẽ được một ĐCĐAL 60 phôn Đường này cắt đường f = 1000 Hz ở điểm
có tung độ 60 dB. Phẩn ĐCĐAL 60 phôn nằm dưới đường N = 60 (1B ở trong khoảng tần
số tru n g bình ; ở đó tai
có đô nhạy lớn. Phần
ĐCĐAL 60 phôn nằm trên
Ntdè
đường N = 60 dB ở hai
đẩu dải âm tẩ n ; ờ đó tai
kém nhạy hơn.
Tương tự, ta vẽ các
ĐCĐAL với mức phôn khác.

X

Nhân xét :
1 - Với âm lượng càng
lớn thì ĐCĐAL bằng phảng
hơn, nghĩa là âm lượng ít
thay đổi theo tấ n số hơn
- ở tấ n số thấp
(f <200H z) thì độ nhạy của
tai kém hẳn.
2

Ị 4 /- ^
2 iũ \ 1Õe \ N z 6 0

2 lõ* 10'*
1

_______

I

3 n

d£

. /-Í 2 ĨO'4 10'tD
—
r

i 10

! -h -P T l' ~
t - T - l í .t i r
n
50 100 200 500 ro00 2000 SỮ00 mo02DỮ00 KHz
ỉ / ơ

' ổ

W

' 1Ỉ

H ìn h 1 - 2 : Dưòng cong đẳng Am lượng

9


3

- Khi giảm mức truyén đ ạt (giảm mức tuyệt đối, không phụ thuộc tấ n số), thì cảm
thụ dải tấ n bị cát xén Ví dụ, ở mức 60 dB dải tẩ n là từ 35 Hz, ở mức 20 dB dải tấn là
từ 120 Hz, bị thu hẹp. Vậy m ạch điéu chính âm lượng được thiết kế tố t n h ất là thay đ ổ i
SỐ "phỏn".
2.4. H iệu ứ n g c h e lấp
Hiệu ứng che lấp là sự nâng cao ngưỡng nghe được (độ nhạy thính giác giảm) đôi
một âm thanh xét khi co' m ặt âm thanh nhiễu. Người ta đánh giá mức che lấp bàng
lượng che lấp :

với
đại

M = N ’0 - N 0
N() : mức ngưỡng nghe được đối với âm xét khi không nhiễu ;
N o : mức ngưỡng nghe được đối với âm xét khi có nhiễu
Đại lượng che lấp M phụ
thuộc vào mức và tẩ n số,
vào chênh lệch mức và
chênh lệch tẩ n sô của âm
bị che lấp và âm nhiễu

/Va, dS

Hiệu ứng che láp là đặc
điểm của thính giác binh
thường (khác với bệnh nặng
tai do thính giác bị quá tài,
không hổi phục sau tác
động của âm n ần g lượng
lớn).
Hiệu ứng che lấp, như
các đổ thị trê n đây cho thấy,
có đặc điểm không đối
xứng, âm nhiễu tấ n số thấp
dễ che lấp âm tấn số cao,
nhưng âm nhiễu tấ n số cao
khó che lấp được âm tẩ n
số thấp Dặc điểm này cấn
được lưu ý trong âm nhạc :
cấn nữ nhiéu hơn nam
trong dàn hợp ca, cấn nhiều
viôlông hơn là viôlông-xen
trong hòa tấu.

Hình 1 - 3

Sự phụ thuộc ngưỏng nghe dược vào Am nhiẻu che láp vổ
a) Tần sổ ; b) Mức

2.5. T ín h p h i tu y ế n c ủ a th ín h g iá c
Già sử tín hiệu âm th an h cò dải tấn hẹp (hay âm đơn). Ví dụ cho tác động âm nhiễu :

lúc đáu có cùng dài tấ n như tín hiệu xét, sau đó ta điều chỉnh mở rộng dài tấ n âm nhiẻu
vé hai phía. Do nàng lượng âm nhiễu tân g nên đại lượng che 'lấp tâng dấn. N hưng khi âm
nhiễu đ ạt dải thỏng tới hạn A F tỏi han thì đại lượng che lấp đạt giá trị cực đại, bàng
10


M .ó ,h a n ; n g a y

cả A F

>

A F .ó ih ạn t h i M

=

M «ó, hạn

A F «ỏi hạn t ư ơ n g ứ n g d ả i t ớ i h ^ n n à o

đó của thính giác. Trong khoảng 20 -ĩ- 16000 Hz có 24 dải tới hạn của thính giác. Chính
cấu trú c dài tới hạn của thính giác làm cơ sở cho tính phi tuyến của th ín h giác. Các thực
nghiệm sau đây th ể hiện tính phi tuyến của thính giác :
1- Cho tác động âm đơn fj với mức 100 dB. Người nghe không chỉ cảm th ấy âm fp
mà còn cảm thấy có cả hài bậc hai (2fj) với âm lượng 8 8 dB, cả hài bậc ba (3fj) với âm
lượng 74 dB.
2 ' Cho tác động âm đơn fị đổng thời với m ột âm đơn f2 khác m à tấ n số f2 thay đổi
liên tục tùy ý. Người nghe cảm thụ thấy âm phách F = |f \ - fj I khi f\ xấp xi bàng n fp
với n = 1, 2, 3...
3 - Cho tác động 2 âm đơn fj và ÍV T ần sô hai âm đơn này ở vào hai dải tới h ạn khác

nhau của th ín h giác. Người nghe cảm thụ các âm f = nifj ± n f\ với các mức âm lượng
khác nhau, trong đó lớn n h ấ t là fj - f2. Do thính giác có tính phi tuyến nên ta cảm thụ
gán đúng các âm phức gồm âm tầ n cơ bàn và các sóng hài, nhưng ta lại cảm th ụ sai các
âm phức gốm những th à n h phấn tẩn số không bội. (Méo âm th a n h do thêm th à n h phán
sóng hài không gây ra sai lệch cảm thụ lớn bằng méo âm th an h do thêm th àn h p h ẩn tấn
số không bội).
2.6. C á c đ ặ c d iể m k h ô n g g ia n v à th ờ i g ia n c ủ a th ín h g iá c
1. Quản tín h cùa th ín h giác
Hưởng ứng của th ín h giác đối với tác động của âm không phải là ngay tức thì, m à là
có trẻ Sau khi âm bát đầu chừng 200 ms thính giác mới xác định âm lượng của nó. Khi
âm ngừng, cảm giác thấy âm đó còn kéo dài thêm 150-7- 200m s. Thính giác không phân
biệt khoàng ngừng bé hơn 50 ms giữa 2 âm giống nhau đi liền nhau. Điều này d ẫn đến
hiện tượng che lấp vé thời gian. Phải qua thời gian tác động của âm cỡ vài chu kl thỉ
thính giác mới xác định độ cao âm.
2. Hiệu ứng hai tai
Hai tai rù a người cách nhau khoảng cách bàng bước sóng âm 2000 Hz. Do lệch pha,
do nhiễu xạ và che chán bởi đáu người, vành tai nên sóng âm từ m ột nguổn đến hai tai
có khác nhau ; kết quà là con người có khả năng định hướng nguồn âm với sai số 3° -r
4° (nếu nguổn không quá lệch vể phía bên).
3. Hiệu ứng stereo
Khác với hiệu ứng 2 tai, tro n g đó nêu đặc điểm càm thụ âm đối với m ột nguổn âm , hiệu
ứng stereo là sự cảm th ụ bằng 2 tai đối với 2 (hoặc nhiéu) nguốn âm th an h tư ơ n g quan.
Sự truyền th a n h bằng 2 (hoặc nhiêu) kênh độc lập từ 2 (hoậc nhiểu) điểm tro n g trư ờng
sơ cãp (nguốn tin) đến 2 (hoặc nhiều) điểm tương ứng tro n g trư ờng th ứ cấp (ví dụ, 2 loa
đ ặ t cách nhau nơi nhận tin) tạo nên cảm tưởng của người nghe về đặc tín h không gian
của trường âm sơ cấp - truyén đ ạt như th ế gọi là tru y ền đ ạ t stereo. T ất nhiên, tín hiệu
ở 2 kênh là tương quan, theo yêu cầu mỹ cảm của thính giác. So với tru y ể n đ ạ t mono,
truyén đạt stereo tạo ra cảm giác không gian của âm th an h tố t hơn, nhưng cũ n g không
th ể hoàn toàn như sự cảm nhận trực tiếp của người nghe cd m ặt tro n g trư ờ n g âm sơ cấp.
Khi truyển đ ạ t mono, nhờ bố trí hai hệ thống loa cách nhau, người nghe cò càm tưởng

về đậc tính không gian của âm thanh. Như vậy cũng tốt, nh ư n g cảm giác không gian đđ
khổng phản ánh đậc tín h thực của không gian trư ờng âm sơ cấp.
11


Gr

§3. TIẾNG NÓI
3.1. Mô h ìn h p h á t tiế n g nói
Tiếng ndi được cơ quan phát âm của con người tạo ra nhằm m ục đích th ô n g tin. T)ếng
nói được phân loại thô th à n h âm hữu th an h và âm vô thanh.
Ấ m hữu th a n h : luồng không khí từ phổi làm thanh đới dao động, phát ra những xang
âm thanh (đưa ra thanh quàn) cổ tấn số fQ, gọi là tấ n số âm cơ bàn. Phạm vi fQ từ 70Hz
đến 450Hz, tru n g bình fQ của nam giới là 150H z,fo của nử giới là 250Hz. Dường bao phổ
của những xung âm cơ bản có độ dốc giảm dấn về phía tấn số cao khoảng 6 d B /lo ct

Ả m vô thanh : có bàn chất tạp âm, kết quà của sự phụt hơi q u a các khe tro n g khoang
m iệng (môi, mủi, răng, lợi). K hoang m iệng là một hệ thống bộ lọc âm học phức tạp với
hàng loạt hốc cộng hưởng, m à tấ n sỗ cộng hưởng thay đổi được nhờ con người điều khiến
tinh vi rấ t nhiều cơ trong khoang miệng.
Khi xát đặc điểm phổ của m ột ngôn ngữ, người ta thấy có m ột số xác định những mẳu
âm nguyên tố, gọi là phonem . Đường bao phổ của mỗi phonem có dạng xác định với một
số xác định các cực đại (phom an) và các cực tiểu (antiphom an).
Thặnh phấn phổ m ang tin tức là khá hẹp so với toàn bộ phổ tiếng ndi, và không khớp
với phẩn m ang năng lượng âm chủ yếu (94% công su ất tiếng nòi thuộc dải tá n 80 -i2000Hz). Dải tầ n tiêu chuẩn của tín hiệu điện thoại là từ 300Hz đến 3400Hz.
3.2. ứ n g d ụ n g c ủ a m ô h ỉn h
Bản thân tiếng nói gốc là tương tự. Nhờ số hóa và xử lí số đói với tiếng nói, người ta
có th ể truyền thoại bằng kĩ th u ậ t thông tin số, có th ể tổng hợp và phân tích tiếng nổi
(trong thông m inh nhân tạo). Để số hóa tiếng nói, người ta lấy m ảu với chu kl 20ms. Mỗi
m ảu được đặc trư n g bởi m ột bộ các thông sổ : thông số chuyển m ạch (để chỉ m ảu âm là

hữu thanh hay là vô th an h ), thông số về xung âm cơ bản (nếu là âm hữu th an h ), thông
số về tạp âm (nếu là âm vô thanh), thông sổ về bộ lọc khoang miệng.
Mục đích của xử lí số là bảo đảm sự chính xác khi phân tích hay tổng hợp tiếng nối.
Một kỉ th u ậ t xừ lí số đối với tiến g nổi là m ã hđa dự đoán tu y ến tín h LPC (Linear
P redictive Coding). LPC dự đoán tín hiệu thoại ở m ẫu xét trê n cơ sở lấy tru n g binh
các thông số của các m ẫu trước. Số các m ảu trư ớc (được láy tru n g bỉnh) b àn g số các
th ô n g số (theo nguyên tác số phương trin h độc lập cán có bàng số ẩn sổ c án tỉm ). Sự
sai lệch giữa thông số thực của m ẫu xét và giá trị dự đoán được gọi là sai só dự đoán.
M ột th u ậ t toán điểu k h iển LPC để tối th iể u hơa àai số dự đoán. Thực c h ấ t củ a m ạng
th ô n g tin số tru y ề n thoại là tru y ể n dòng b it biểu th ị các thô n g số đậc trư n g c ủ a tiếng
nói. ơ nơi th u nhận, với số liệu n h ận được và với mô hlnh đ ã b iết vé tiế n g nói, người
ta sẽ tạo lại tiếng nói
đả p h át (giổng như người thợ may với sổ đo và với kiểu áo, cổ th ể
m ay được chiếc áo m ặc rấ t vừa ý).
Dưới đây, xin giới thiệu cụ th ể việc n h ận dạng tiếng nòi (phân tích) n h ận d ạn g tiếng
nói là việc phân tích tiếng nòi để xác định nội dung thông báo hàm chứa tro n g tiếng nổi
sao cho một máy mổc cd th ể đáp ứng chính xác m ệnh lệnh dạng tiếng ndi. Với các mục
đích khác nhau, các th iết bị nhận dạng tiếng nói sẽ rá t khác nhau. Việc đưa tin tức dưới
d ạng tiếng ntíi vào m áy tính là tố t hơn việc vào sổ liệu bằng bàn phím nếu x ét tổng hợp
cả hai chi tiêu : tốc độ và chính xác. Độ chính xác n h ận dạng tiến g nối là só % từ được
nhận dạng đúng (sai số n h ận dạng dã ngoại cho phép <4%). Ngoài ra, quy lu ậ t phân bố
12


nhiễu th à n h tiếng nói đểu là

sai lỗi, sự từ chối hoặc bỏ sổt từ, sự nhận dạng sai từ hoậc
cần cứ đánh giá hiệu quả việc nhận dạng tiếng nói.

Hiển nhiên, việc nhận dạng tiếng ndi là rấ t khó khăn, trước hết vỉ sự không đổng n h ất

và phức tạ p của tiếng nđi : vốn từ, khả năng nhấm lẫn từ, băng tấ n bị giới hạn, tạp âm,
méo, giọng nổi, độ to và độ nhanh phát âm, sự nối âm và luyến láy... Dưới đây là sơ đổ
khối trình bày cấu trú c tổ n g th ể của th iết bị nhận dạng tiếng nói có huấn luyện.

H ìn h 1 - 4 : S(1 đố khrti thiết bị nhAn dạng tiổng nói

G ai đoạn huẵn luyện : người phát âm các m ẫu từ để máy
nhờ 3ự phản hối (không vẽ trê n hinh 1-4) mà người huãn
phíir. sự n h ậ n dạng đúng của thiết bị ; khi đổ bộ các giá trị
từ đi xác nhận được ghi vào bộ nhớ Kết quà quá trinh huấn
bàng N.

tâp nh ận dạn g các từ đó ;
luyện xác nh ận bằn g bàn
bit thông số đặc trư n g cho
luyện là th iết bị có vốn từ

Tiuyết m inh chức n ăn g các khói tro n g hỉnh 1-4 như sau :
1 - Tầch biên
V
thiết bị nhận dạng từ n g từ, nên cần xác định ranh giới mỗi từ tro n g câu được phát
âm. Việc tách biên được th ự c hiện nhờ th u ậ t toán so sánh mức ngưỡng năn g lượng. Biên
của :ừ là điểm mà tín hiệu tiếng nổi đ ạ t mức ngưỡng Thời hạn của từ là thời gian tín
hiệu tiếng nổi vượt trên ngưỡng Khoảng lặng giữa các từ là thời gian tín hiệu dưới ngưỡng
(từ Hên cuối từ trước đến biên đẩu từ sau kế tiếp).
13


t

2 - Tách dặc trư ng
ở đáu đoạn 3 -2
này, chúng ta đã biốt
khái niệm các đặc
trư n g của m ảu tiến g
nổi. H ỉnh 1 -5 giới
thiệu ví dụ dạng sóng
và dạng phổ m ột từ.
Từ hỉnh 1-5, ta có
th ể nhận thấy các đặc
trư n g sau :

t
\ h l

11

N

%

'I A

Y /Y /I

a a

2

J

i V

ự

p

j
X,

Ầ V . h » Ụí
wử - V

Thớ/ ọnr

V
i

1

r0
F - 1/ t
0 /r 0

Khung 2355

Khung 2359

T ổng
bình
phương biên độ là

n àn g lượng tro n g cửa
sổ tương ứ ng ;
- Số lẩn cát 0 của
sóng là dấu hiệu phân
biệt nguyên âm (thư a
và khá đều) với phụ
âm (dày và không
đểu) :
- Thời gian giữa
các đinh cực đại
sóng là chu kỉ âm cơ
bản T 0 của dao động
th a n h đới :

LPC
FFĨ

ĩảh so

b)

c)

ĩằn sô '

23S 9
2358
2357
2356
2355 -

H ìn h 1 - 5 . N hũng th am số Am học điốn hình nhận dạng tiến g nói
a) Dạng sóng âm của tiếng nói
b) Phổ của dạng sóng hình a có những cực đại (phom an)
F F T : Biến đổi F o u rie r nhanh
LPC : Mã dự đ o án tuyến tính
c) Phổ LPC được làm trơ n đôi vói 5 đ o ạn thòi gian kế tiếp nhau.
(M ổi đoạn 6,4m s vói các phom an F i, lr2, 1*3

- T ấn số cộng
hưởng của bộ lọc âm
học (khoang m iệng) được xác định theo số x ung âm tro n g T() ; hình l- 5 a biểu thị tân số
cộng hưởng này b àn g 7F v
3 - C huẩn hóa
Độ to nhỏ và dài ngán khác nhau của m ột từ được p h át âm tro n g các hoàn cảnh khác
n hau làm khó k h ản cho việc nhận dạng từ đò. Sự chuẩn hóa làm cho các từ được phát
âm tro n g các hoàn cảnh khác nhau đó trở th à n h giống nhau tối đa đ ể dễ n h ận d ạn g đúng.
Sau chuẩn hóa, từ có kích thước mảu (vể biên độ và vể định thời). Dể chuấn hóa, người
ta áp dụn g :
- Chương trỉn h xử lí động cho phép chuần hđa m ột từ gấn đến kích thước m ẫu nhất.
- Các m ảu phổ LPC của mỗi từ được người đọc p h át âm tro n g lấn trước đã ghi lại
củng được hiện lên m àn hình đổng thời với hình àn h m ảu phổ LPC của từ dó được người
đọc p h át âm tro n g lấn này để so sánh.
- C huẩn hóa kênh tín hiệu điện thanh (trước h ết vể b àn g tán).
4 - Đ ánh g iá độ tương quan
Khi tiến hành n h ậ n dạng, bộ các giá trị b it của từ cấn n h ận dạng được so sánh với N
bộ giá tri bit tro n g bộ nhớ tử m ảu (đã được h u ân iuyện). Kết quả so sán h ìà m ột bang
14

liệt kê m ột số từ theo thứ tự tương quan giảm dán với từ cán n h ận d ạ n g N hững m ẫu xử
lí tiếp theo sẽ chính xác sự nhận dạng (4 khôi dưới cùng cùa hlnh 1-4) d ự a theo quan hệ
giữa các từ tron g một câu. Các th u ậ t toán tinh vi bào đảm đưa ra đáp ứng đúng của
máv móc.

II - TÍN HIỆU ĐIỆN THANH
Trong quá trìn h từ nguốn tin đến nh ận tin, tín hiệu bị méo và chịu tác động của nhiễu.
Trong quá trin h đò, tín hiệu phải qua nhiểu th iết bị và môi trư ờ n g tru y ền dản, chịu nhiểu
biến đổi và gia công. Để tin tức nhận được ở th iết bị sau bảo đảm tru n g thực th iế t bị

-

,s '

trước phải đưa ra ti số tín hiệu/nhiêu (

theo tiêu chuẩn làm việc của th iế t bị sau. Hai

thiêt bị xét phải phôi ghép với nhau tố t theo tiêu chuẩn n h ấ t định đ ể bào đàm th iế t bị
sau thưc sự tiếp nhận tín hiệu từ th iế t bị trước chuyển đến. Tương ứng với sự cảm th ụ
thính giác được xét vể m ật tấ n số và biên độ tro n g I ; ở phấn này, ta xem xét tín hiệu
điện thanh trên hai m ặt : dải tá n và dài động.
j l . MÚC ĐỘNG - DẤI ĐỘNG - BIẾN Đ ổ i DÀI ĐỘNG
1.1. M ức d ộ n g
Tầ đã biết : thính giác có quán tín h , tai không
phàn ứng đói với quá trìn h tức thời của âm. Sự cảm
thụ bằng tai là kết quà tác động bình q u ân của nâng
lượng âm trong một khoảng thời gian n h ất định.
Hướng ứng của thính giác chỉ có sau m ột khoảng thời
gian n h ất định để gom góp các n h ân tố tác động của

âm Khà nàng gonì góp các nhân tố tác động lên
thír.h giác và sự tổn tại của trí nhớ th ín h giác dẫn
đến điổu này : tại m ột thời điểm xét, cảm thụ thính
giác không chỉ được xác định bởi công su ấ t tín hiệu
thời điếm đó, m à còn bởi các giá trị vừa mới qua
không lâu của năng lượng tín hiệu. T ấ t nhiên, ành
hưởng của các giá trị đả qua càng giảm nếu chúng
càn* lùi sâu vào quá khứ so với thời điểm xét.

u\

Hình 1 - 6 m inh họa đặc điểm trê n : u(t) là tín
hiệu điện thanh. Gọi cảm thụ th ín h giác đối với âm
thanh tương ứng với u(t) là mức động E (tj). Quan
hệ £Ìừa chúng có th ể biểu thị b ần g công thức toán
học sau :
1 i]

l! _t

E(ti) =ị ĩ e~ T u2(t)dt
0

Ilìn h 1 - 6 : Đổ thị thòi gian tín hiCu
điCn thanh


Trong biểu thức này, dấu bỉnh phương của tín hiệu biểu thị tác động vào thính giác
như là năng lượng của âm (binh quân tro n g thời gian T) ; hệ sỗ ảnh

hưởng e

Ị

biểu

thị tác động của các giá trị đả qua càn g lâu càng giảm dẩn.
Mức động của tín hiệu điện th an h là cảm th ụ th ín h giác có được nhờ tính bình q u ân
trong khoảng thời gian xác định các giá trị tức thời đả san bàng của tín hiệu đó. Người
ta đà làm ra nhừng dụng cụ chỉ báo mức động E (tj). D ụng cụ này có bộ nán điện và m ạch
tích phân. E (tj) và u(t) đểu biến đổi theo thời gian.
1.2. D ải d ộ n g
Hình 1-7 là đố thị thời gian của mức động tín hiệu điện thanh, trong đó ta không d ù n g
kí hiệu E (tj), m à đổi biến số th ành u(t). Q uan sát đổ thị, ta thấy mức động biến đổi th ả n g
giáng ngảu nhiên theo thời gian. Người ta thường
,
dùng phương pháp nghiên cứu th ố n g kê đối với
tín hiệu điện th a n h để định lượng nh ữ n g đặc tính
của chúng Ví dụ, u(t) lấy giá trị cực đại, cực tiểu
với xác su ất th ấ p ; u(t) lấy giá trị tru n g gian với
xác su ấ t cao Mức cực tiểu là mức m à 100% thời
gian u(t) lớn hơn nó, xác su ất của sự kiện mức
động u(t) vượt quá mức cực tiểu là w = 1. Mức
cực đại là mức m à 0 % thời gian u(t) lớn hơn
nó ; xác su ất của sự kiện u(t) > mức cực đại là
H ìn h 1 - 7 : Dỏ thi thòi gian mức dộng
w = 0
Trong thời gian quan sát T, với giá trị mức động u 4 chầng hạn, ta có các khoảng Tj
r 4 là các khoảng thời gian m à u(t) > u4. N ghỉa là, ta quan sát thấy u(t) > u 4 tro n g
r 2>

r, + T2 + h + r 4
100% thời gian q u an s á t T. Nếu T đủ lớn thì :
tiến tới xác su ất W4 của sự kiện u(t) > u 4'

/V,ơâị

Bàng cách đó, người ta xây dự ng được hàm phân
bố W(x) với X là "biến số mới" thay th ế cho mức động
u(t).
H ỉnh 1-8 trin h bày hàm phân bố W(x). Với giả
th iết gần đúng rằn g W(x) là phân bố Gauxơ :
wN

sỉ X < oc

o }12jĩ

e 2o2 dx

ơ là phương sai của quá trình ngẫu nhiên.
Và để tiện tro n g thực tiễn định nghĩa lại rằ n g :
- Mức cực đại ứng với W(x) = 0,02
- Mức cực tiểu ứng với W(x) = 0,98
- Dải động D của tín hiệu là khoảng các giá trị
có th ể củ a m ức đ ộn g X (nằm giữ a m ức cực đại và

mức cực tiểu)
16

Hình 1 - 8 : Phân hổ mức dô n g và dinh

nghĩa dài dộng.


ta cổ :

u / \ v = 0,98

Ví dụ : Tiếng nói phát th an h viên

D = 30dB

Sân khấu tru y ền th an h

D = 50 dB

Nhạc giao hưởng

D = 60 dB

Tầ cũng cò biểu thức sau :
p.max
p,b =

AIISD-O.OÍMI)2

với P lh là công su ấ t tru n g bình của tín hiệu
max

là công s u ấ t cực đại (ứng với m ức cực đại, w = 0 ,0 2 )

Ví dụ : D = 40 dB thỉ P lb = 2% p, m a x
Điéu rú t ra từ kết quà này là : nếu không
máy phát.

biến đổi dài động

thì rấ t lãng phí công suất

1.3. B iến d ổi d ả i d ộ n g
Bàng cách biến đổi dài động, chúng ta tậ n d ụng công su ất máy
của méo, tă n g ti số
nhu cáu.

s

p h át giảm nhỏ tác

hại

Đã có nhiều kỉ th u ậ t cho phép nén, dãn dải động thỏa m ản mọi


Hình 1-9 biểu thị tín hiệu điện th an h
trước và sau khi thực hiện nén dài động bằng
các mạch hạn chế mức đơn giàn và bàng sự
điểu chỉnh tay của các chuyên viên âm thanh.
Mạch hỉnh 1-10 cđ th ể tùy ý nén/dàn dải
động, nhờ điều chỉnh hệ số khuếch đại tín
hiệu điểu khiển. Già sử, ứng với bé rộng
xung r o của tín hiệu điều biên xung

thì dài động của u ra không thay đổi so với
Uyào’ Với bề rộng xung > Ĩ Q (do kết quả điều
rộng xung ( j “ %) ta sẽ có dãn dải động, với
bể rộng xung < r o ta s ẽ có nén dải động.

H ìn h 1 - 1 0 : M ạch n én /dân dải động
bằng diéu chế xung.

§2. DẤI TẰN, B IẾ N ĐỔI PH Ổ TÍN HIỆU
Có th ể nghiên cứu phổ tín hiệu điện
th an h như sau : dùng các bộ lọc dài cổ dải thông
liên tiếp nhau để bao trù m toàn bộ dải tấ n tín hiệu xét. Dài thô n g của mỗi bộ lọc cỡ 1
dê
0

hay —oct. Tín hiệu xét được đưa đến đáu vào bộ

-2

lọc. D ụng cụ chỉ báo m ác ở đ ẩu ra mỗi bộ lọc.
H ình 1-11 biểu th ị d ạn g phổ tấ n số của tín hiệu
điện th a n h . Theo đổ thị, tro n g khoảng tán 8Ố tru n g
bỉnh mức n ăn g lượng phổ lớn và đểu (0 dB) còn
ở hai bên th ì m ức n ăn g lượng phổ giảm nhanh.

-4
-6
-8

-to

-11
-H
-f6
-18
2ớ 2S

so

100 200 400 800 1600 2200 64SO Hz

Hình 1 - 1 1 : D ài tán tín hiộu điộn thanh.

Biến đổi phổ là văn đé thường gập, chảng hạn
để giảm nhờ tác hại của nhiễu khi biết rõ phổ của
nhiễu, hay đ ể bù trừ m áo tấ n số (xem mục 3 -3).
H iện nay có nhiều kỉ th u ậ t được dùng để biến đổi
phổ tín hiệu : các bộ lọc linh kiện thụ động, bộ
lọc tích cực, bộ lọc só.

§3. CHẤT LƯỢNG T R U Y Ề N TÍN H IỆU Đ IỆ N THANH
3.1. Đ ộ n g h e ró
Độ nghe rõ là tỷ số giữa sốphấn tử tiếng ndi được n h ận đ ú n g trê n tổng
tiếng nóitru y én đạt. Cd các mức phấn tử xét : độ nghe rõ âm tiết, độ nghe rỗ
rõ nộidung. Cóth ể nghe rõ nội dung nh ư n g nghe kém rõ từ. Có th ể nghe
nghe kém rõ âm tiết, hình 1 - 1 2
trin h bày thực nghiệm xác định độ nghe rố

số phán tử
từ, độ nghe
rõ từ nhưng

từ.

N hận tin

P h á t tạ p âm
H ìn h 1 - 1 2 : Sơ đổ khổi thực nghiệm xác đ ịn h độ nghe rõ.

18


Âm phát ra ở loa (nhận tin) với m ức âm cđ
dô

g

ĩ“ chuẩn. P h á t th an h viên đọc trước m icrô (nguổn
tin) khoảng 2 0 0 0 từ theo m ột bàng từ chuẩn bị
sản. Sự sáp xếp từ tro n g bảng khổng tạo th à n h
những liên kết cổ nghĩa. Tỉ lệ x u ấ t hiện của các
từ tương đương với xác su ấ t của nó tro n g ngôn
ngữ. Người nghe ghi to àn bộ văn bản n h ậ n được
khi người đọc đọc 20 từ /phút. Đối chiếu v àn bản
nhận được với bàng từ p h á t đi ta xác định độ nghe
rõ từ của hệ th ố n g thô n g tin xét. Cò th ể phân cáp
như sau : tố t 80 -r- 100%, khá 55 -!- 80% ; tạm
được 40 + 55% Mặc dù dài tá n điện thoại là 300
-ỉ- 3400 Hz, như ng hệ thống tru y é n tin tố t cđ th ể
đạt độ nghe rỗ từ đến 90%, độ nghe rõ nội dung
đến 99%.

-20

-10

H ình 1 - 1 3 : Sự phụ thuộc độ
nghe rỗ vào nhiẻu.

H ình 1-13 trìn h bày kết q u ả xác định độ nghe rỗ âm tiế t s%. Trục hoành biểu th ị tỉ
số

N

Mức nhiễu là th a m số.

N hận xét : khi tín hiệu và nhiễu b ằn g n h au

's _

N

= OdB

thì s = 25%, nghía là gián

đoạn thông tin.
Khi

s

> 30dB thì s tà n g chậm theo

s

đến cực đại. Giá trị mức nhiễu tá n g th ỉ s max

giảm.
3.2. Độ t r u n g th ự c
Hệ thổng thông tin có độ tru n g th ự c cao đòi hỏi phải cổ độ méo các loại tro n g giới hạn
g

cho phép, mức nhiễu th ấp , Yĩ lớn. Độ tru n g th ự c tru y én tín hiệu điện th a n h là tỉ sổ giữa
số các giọng ndi m à người nghe n h ận biết đ úng trê n tổ n g số các giọng nổi được truyẽn
đạt. Phương pháp xác định độ tru n g th ự c tư ơ ng tự như xác định độ nghe rỗ. ở bôn phát
và bên thu có các bản m ẫu ghi âm giống n h au để người nghe n h ận dạng giọng ndi.
3.3. M éo
Méo là không tru n g thự c của âm n h ận được so với âm nguổn. Sự méo vé cảm th ụ đặc
tính không gian nguổn âm phụ thuộc vào studio, vào bố trí micrô và bổ trí loa. Điéu này
ta sẽ xem xét ở mục IV. Trong p h ấn tiếp đây, ta xem xét méo và nhiễu ản h hưởng đến
chất lượng tín hiệu điện thanh.
Các dạng méo tín hiệu điện th a n h :
Méo tấ n số, còn gọi là méo biên tấ n . Méo này do đặc tuyến biên độ - tá n số của
kênh không đủ rộng và không đủ b àn g phảng. Các th à n h p h án phổ tín hiệu, x ét vé m ặt
biên độ, được m ạch tru y én đ ạ t với hệ sổ tru y é n đ ạ t khác nhau. Thính giác n h ậ n biết méo
tá n số như là âm sác bị thay đổi. N ếu tín hiệu bị c á t xén phẩn tấ n th ấp th ỉ âm nhận
được trội tấn cao, nghe đanh th e thé. N ếu tín hiệu bị c á t xén phẩn tấ n cao th ì âm nhận
19


được trội tá n thấp, nghe đục ổm ổm. Dài thông của th iết bị điện th an h được th iế t kế gán
đúng m ột cách hợp lí :

fmin
rru n

X

fm a x = 600000

- Méo pha do đặc tuyến pha - tá n số của kênh không tuyến tính theo tá n 8 Ố. Méo pha
chỉ nhận biết được khi tín hiệu cò th a n h áp khá lớn (méo pha nguy hiểm nhiều hơn cho
tín hiệu số liệu).
- Méo phi tuyến do đặc tuyến tru y ề n đ ạ t phi tuyến ura =

f ( u vào^

của kênh. Sự biến đổi

phi tuyến sẽ làm x u ấ t hiện n h ữ n g th à n h p h ẩn tấ n số mới không cổ tro n g tín hiệu vào. Méo phi
tuyến được th ín h giác n h ậ n biết như là nhữ ng âm phụ lục bục, xuỵt xoạt, lắc rắc kèm theo
tín hiệu. Một tro n g n h ữ n g phương pháp xác định méo phi tuyến là áp dụng công thức :
K =

u.

VTHm- T u z
"b

u m,

X

100(%)

đấu ra và u

là biên độ sóng điéu hòa

2fj 3fj ... đáu ra khi chỉ đư a vào đẩu vào

,

... là biên độ các sóng hài

dao động điểu

hòa tẩ n số

fj.

- Méo giao thoa là m ột loại méo phi tuyến đặc biệt, kết quà giao thoa hai
dao động
điểu hòa đáu vào (fj và f2) làm x u ấ t hiện
ở đấu ra các th à n h phấn tẩ n số lạ không bội
(so với fj và f2) : I fJ ± f2 I .
Hệ số méo giao th o a xác định theo công thức
K

-V

U2(f, + f2) + U2(f, - f2)
X

Ư2(f.) + U 2(f2)

100(%)

Yêu cầu méo giao th o a K < 1 %.

H ìn h 1 - 1 4 : Sd đổ khói thực nghiộm đánh gia ành hưởng méo.

H ỉnh 1 - 1 4 trìn h bày thự c nghiệm đ án h giá méo
ảnh hưởng c h ấ t lượng tru y én tín hiệu điện thanh.
Khổi tạo méo cho phép chọn d ạ n g méo, điểu chỉnh
mức méo, n h ư n g không làm thay đổi âm lượng khi
so sánh. C huyển m ạch CM lán lượt cung cáp cho
nhữ ng người giám định trích đoạn chương trìn h khổng
méo (CM ở vị trí 1) và trích đoạn chương trìn h đổ
bị làm méo (CM ở vị trí 2).
H ình 1-15 biểu thị khái q u á t kết quà th ự c nghiệm :
trụ c hoành ghi m ức đ ịnh lượng v ậ t lí đặc trư n g cho
mức méo của d a n g méo xét. Trục tu n g ghi sổ % người
giám định k h ản g định có méo.

20

Hình 1 - 15 : Kết quà th ự c nghiệm


Đường a là kết quả thực nghiệm với các chuyên viên âm th an h . Đ ường b là kết quà
thưc nghiệm đối với người bình thường. C0, Cp C|J , C|J| là các cấp ch ất lượng được phân
cấp theo kết quà th ự c nghiệm.

Dưới đây giới thiệu bảng chỉ tiêu cấp chất lượng th iế t bị điện th a n h của Liên Xô cũ để
tham khảo.
CHỈ TIÊ U CHẤT LƯỢNG T H IẾ T BỊ D IỆN TH ANH
Chỉ tiêu
Dâi thông tán

Dơn vị

Cáp cao

Cáp I

Cáp II

Cáp III

Hz

30 + 15.000

50 + 10.000

100 + 6000

200 + 4100

Đ ộ khổng dổu đặc tính biên độ - tán số :
Khoảng giữa

dB

2

2

3

6

Hai bi ổn

dB

6

6

6

10

Méo phi tuyến

%

1

25

4

7

Nhiẻu nguổn

dB

-6 0

-5 5

-5 0

-5 0

Tạp âm trắng

dB

- 62

-6 0

-5 5
-8 0

Nhiẽu xung phô 1500

3000 Hz

dB

-9 0

-8 5

Nhiẻu xung phổ dưói 500 Hz

dB

-6 0

-5 5

-5 0

Nhiẻu xuyên âm

dB

-8 0

-7 4

-7 0

-7 0

Suy giàm xuyên Am âm 2 kẽnh Stereo

dB

30

20

18

15

Chênh lệch 2 kênh truyén đạt Stereo

dB

0,5

1

2

3

Ghi chú : Trị số dB ghi đổi vòi nhiẻu chỉ mức nhiễu so với mức tin hiộu đ ịn h múc.

Méo và nhiễu đéu tác động đến tín hiệu, có th ể làm giảm độ tru n g th ự c của tín hiệu
nhận so với tín hiệu phát. N hưng chúng khác nhau : méo đặc trư n g cho m ức độ kém hoàn
hào của th iế t bị, còn nhiễu thường là các "tín hiệu lạ" chèn vào tín hiệu có ích. N guổn gổc,
cách định lượng nhiễu và chống nhiễu được trỉn h bày tro n g n h ữ n g giáo trìn h chuyên đé.
H ỉnh 1 - 1 6 giới thiệu mạch hạn chế nhiễu kiểu động : m ục đích của nó là để triệ t nhiễu
khi ngừng âm th a n h cđ ích. Nếu tín hiệu m ạnh thì các điốt th ô n g m ạn h làm ngán m ạch

pha đào của tín hiệu xuống đất. Trong khoảng ngừng, các điốt h áu nh ư hở m ạch, pha đào
triệ t tiêu pha th u ậ n nên người nghe không còn khò chịu với tạ p âm nhiễu rộ lên (như
tro n g các th iế t bị không c ó mạch này).

H ình 1 - 1 6 . Mạch hạn ch ế nhiễu.

21


Ill - MICRO VÀ LOA
SI. B IẾ N ĐỔI THUẬN NGHỊCH ÂM THANH - TÍN HIỆU Đ IỆ N
VÀ NGUYÊN LÍ TƯƠNG T ự Đ IỆN c ơ
Micrô và loa là th iế t bị đ ấu cuổi của nhiều hệ th ổ n g thô n g tin . T rong chúng xảy ra
biến đổi âm th a n h th à n h tín hiệu điện và ngược lại. C húng là m ộ t hệ phức tạ p bao
gốm các p h ẩn hệ âm học, cơ học, điện học tương tác với nhau. C ác hệ dao động âm ,
cơ, điện tu y khác nhau n h iéu vé vật lí, nh ư n g cổ th ể được mô tà b à n g n h ữ n g biểu thức
to án học tư ơ ng tự nhau. Cho n ên người ta cò th ể đưa việc tín h to á n âm học và cơ học
vé việc tín h to á n m ạch điện. K hi đó, người ta có th ể sử dụng p h ư ơ n g pháp tín h m ạch
điện đă hoàn th iệ n và các m áy móc đo lường điện đâ hoàn hảo. Ví dụ dưới đây m inh
họa m ột sự tương tự :
Cơ

Đ iện
L

m (khối lượng)

R

r (m a sát)

V
V

F =

u

Z = y

= R + j / ũjL

CM (độ uốn)

à)

CL>m —

1
=

7

Ĩ

cư.

T

^ mCM

m

d 2X

dx

dt 2 + r dt *
V

Đ ể đặc trư n g cho khả nàng biến đổi năng lượng, ta định nghỉa hệ só ghép điện cơ là :
M = Ị

1

= -

V

TVong loa : lực F là hưởng ứng đấu ra ,d ò n g điện âm tấ n ỉ là tác động đáu vào.

V

Trong micrô : sức điện động e là hưởng ứng đáu ra tóc độ dịch chuyển của m àng r u n g ,
là tác động đáu vàOịM càng lớn biểu thị hiệu su á t càng cao.

TVong phạm vi làm việc tuyến tín h của micrô và loa, chúng có th ể được biểu diễn n h ư
m ột m ạch điện tương đương hai cửa.

22

§2. ĐẶC ĐIỂM VÀ CHỈ TIÊU CÔNG TÁC CỦA MICRÔ VÀ LOA
2.1. M icrô
Độ nhạy hướng trụ c của micrô là ti số điện áp đẩu ra của micrô với th a n h áp tác động
khi hướng tru y ẽn âm ngược hướng trụ c âm của micrồ (cùng phương)
u r mV
p ià th anh áp tại vị

P N/m 2
trí đ ặt micrô.

J

Nếu độ nhạy của micrô không thay đổi đối với tấ t cả các góc tới của hướng tru y ể n sống
âm thl m icrô dó là vô hướng. Thực tế sử dụng cả micrô vô hướng lẫn micrô định hướng.
Đặc tuyến hướng là tỉ số giữa độ nhạy ĩỊq với độ nhạy hướng trục ÌỊ0.
H (0) =

no
%

Góc 6 là góc lệch giữa hướng truyén âm so với hướng trục âm của micrô. Người sử
dụ n g mong m uốn đặc tuyến hướng H (ớ) không thay đổi theo tấ n số.
Đậc tín h tẩ n số của micrô là sự phụ thuộc của độ nhạy hướng trụ c đối với tá n số :
7 o (°0

/>)
H ình 1 - 1 7
a - Q u ả cáu trong trường âm ; b - H ệ sổ m éo trưòng âm.
Ư ta

Tầp âm nội bộ của micrô được xác định N = 201. .g. J7—
với U ta là điện áp tạ p âm nội
th

bộ, U lh là điện áp tín hiệu đáu ra micrô tương ứng với
th an h áp l//b a r tác động vào micrô.
Diều kiện thu â m và tín h phương hướng của micrô :
Trước hết, ta x ét vấn để méo trư ờng âm tại vùng cổ
vật th ể nào dó do chính vật th ể dó gây ra. H ệ só méo
trường âm được địn h nghỉa :
V

=

p’ là th an h áp tạ i vùng xét khi cổ vật th ể ;
p là th an h áp tại vùng đđ khi không cổ v ật thể.

H ình 1 - 1 8 : Mồ hình h ìn h nó n cụt
của micrô.

23


Trong hinh dưới đây, H ỉnh 1 -1 7a biểu thị quả cáu đ ặt tro n g trường âm Quả cấu đường
kính d. Hệ số méo trư ờng âm đo tại A được trinh bày ở hình 1 -1 7b.
Nhận xét ràng,

V

phụ thuộc vào kích thước tương

đối

J

. V

củng phụ thuộc vào hình

dạng vật th ể và hướng tới của sóng âm.
Micrô dùng để thu âm, nhưng bàn th ân nó lại làm méo trư ờ n g âm. Đ ể thu âm trung
thực thi trước hết micrô phài cổ kích thước nhỏ bé và có hình d ạn g phù hợp (sao cho méo
trường âm là không đáng kể).
Dể làm rõ đặc tuyến hướng của
micrô, ta giả thiết micrô có dạng hỉnh
nón cụt và trụ c làm th àn h với hướng
tới của âm một góc ớ, có đáy Sj quay
về nguổn âm và đáy S 2 như hlnh
1-18.
Tầi S 2 sóng âm từ nguổn do chf*nh
lệch quãng đường X m à lệch pha so
với sóng âm tại Sj.
X = ỗcos6
(p =

CƯAt

= a> — = — ỔC09Ớ
c
c

Phấn diễn ra biến đổi cơ - điện
chịu tác động tổng hợp của thanh áp
tạì Sj và S 2 . X uất phát từ trên, ta
có th ể chứng m inh :
ne =

M x (« S l

+

ß S2

II

+ j^S2^)

a, ß là hệ SỐ phụ thuộc cấu tạo
micrô ;
M là hệ số ghép điện - cơ,
a) Nếu micrô không thu âm ở m ặt
sau, s 2 = 0, thỉ H (ớ) = 1. Khi đó,
micrô là vô hướng và gọi là micrô thu
thanh áp.
S2
ta
có
là

b) Nếu micrô thu âm cả ở Sj và

với Sj = S 2 , và kết cáu thích hợp,
có H (ớ) = COS ớ. Khi đó, micrô
đặc tính hướng hỉnh số 8 và gọi
micrô thu gradient th an h áp.

c) Trường hợp tru n g gian giữa hai
trường hợp trên là micrô thu âm chủ
yếu ở Sp phấn phụ từ S2, và với kết
cấu thích hợp, ta có :

V

4

W

M

%

ẩ y

1 + bcosfl

1+b
b là hệ số phụ thuộc kết cấu •
24

Hình 1-19. Dặc lính phuơng nuỏng diẻn hình của micrô.

2.2. Loa

p

Độ nhạy hướng trụ c của loa là tỉ số ĨỊ0 =

với p 0 là thanh áp do loa tạo ra

tại một

điểm trên trụ c âm và cách loa 1 mét, p là công su ất điện đưa vào loa.
pa
Hiệu suẵt của loa là tí số A = — với P a là công su ất âm bức xạ.
Đặc tính tấ n số của loa là các quan hệ

Tị

(o>), A(cũ ) .

Công suăt điện danh định của loa là công suất lớn n h ất do mạch điện cung cấp cho loa
mà loa vản bào đảm nhữ ng chỉ tiêu kĩ th u ậ t cho trước (về méo phi tuyến, độ bền nhiệt,
độ bẽn cơ...)
Điện áp danh định của loa là điện áp của tín hiệu cung cấp cho loa đ ạ t được công suất
điện danh định.
Trở kháng danh định của loa là trở kháng đo được với dòng điện điều hòa (400
1000Hz) có mức điện áp bằng 30% trị số điện áp danh định.

hay

?e

Đặc tín h hướng của loa là H(ớ) = — với Pß là th an h áp trê n hướng lệch góc 6 so với
Po

hướng trụ c âm của loa. Loa dùng
để phát âm vào không khí. Vỉ khả n ăn g tải năng lượng
âm của không khí là cd hạn, nên loa phải có kích thước và cáu tạo phù hợp với yêu cấu
truy én nàng lượng âm th a n h vào không khí. Đây là m ột tro n g những điểm khác biệt của
loa so với micrô.
Đặc điểm bức xạ ám và tín h phương hướng của loa
Chỉ quả cấu bức xạ mới có đặc tính H (ớ) = 1 (vô hướng). Hình (1 - 20) vẽ mô hình
đó, quả cáu co dãn và trư ơ n g nở để kích thích dao động âm truyên đều các hướng.

Hình 1 - 2 0 : Mô hình quâ cáu bức xạ.

Hình 1 - 2 1 : Mô hình nguổn bức xạ pittông.

Hỉnh (1-21) trìn h bày nguổn bức xạ pittông. M là m àng pittông tròn dao động theo
hướng trụ c X , M đ ặ t tro n g lỗ tròn bán kính r Q, m ột phía đã bị bịt kín bầng vật liệu chán
âm, vậy âm được bức xạ vào không khí chỉ ở m ột phía theo hướng trụ c X. Đây là mô hình
đơn giản hệ dao động loa. Người ta chứng m inh rằn g :
2Jj(Kr sinớ)
H (ỡ> -

Ki-pSinfl
25


J t là kí hiệu hàm' Becxen hạng n h ất

Hỉnh 1-22 vẽ đậc tính hướng H (ớ) tương ứng.
1. Kro = 0,25
2. K rư = 2,5
3. Kr„ = 5
r
Rổ ràng, nếu kích thước dài (tương đối) -ỵ càng lớn thl tính
phương hướng càng tán g (búp sóng càng nhọn).
Để đặc trư n g cho khà năng truyén năng lượng
âm
của mồi
trường, người ta đưa ra khái niệm trỏ kháng bức xạ : đó là tỉ
số giữa lực tạo ra tro n g sóng âm không khí với tổc độ dao động
Hình 1 - 22
âm của m àng loa (giá trị phức) :
phưclng hưỏng

: D ặc tính
của nguổn
bức xạ pittông.

F
zb

=

V

=

a

+

jb

Thành phấn thực a đại diện cho sự truyén lan tro n g trường âm ph ấn n ăn g lượng sóng
âm từ nguổn m à không quay trở lại. T hành phấn ảo b đại diện cho phấn n ă n g lượng
âm
m à nguồn và môi trư ờng trao đổi với nhau.
Trên đổ thị hình 1 - 2 3 biểu thị trở kháng bức xạ của quả cấu a c + jbc và của p ittô n g
bức xạ m ột phía a p + jbp.
Trục hoành của đổ thị là cự li tương đốiKr, với r là cự li từ điểm xét trê n
tro n g trư ờng âm đến tâm quả cấu hay tâm m àng pittông :

trụ c âm

Kr = —
c
N hận xét đổ thị : ta thấy khi K r < 1 th ỉ b > a, khi
K r —* 00 thl a —* 1 và b —* 0. So với ac bc th ì ap , bp biến
thiên dữ dội, phức tạp hơn.
Một kết luận cđ th ể rú t ra là : nếu xem r là th a m só
thỉ đổ thị biểu thị đặc tính tá n số của trở k h án g bức xạ.
N ếu xem Ü) là th am số thl đổ thị biểu thị đặc tín h không
gian của trở kháng bức xạ.
ở vùng không gian lân cận nguổn bức xạ âm cố sự tra o
đổi qua lại năng lượng âm giữa nguổn và mổi trường.
Đặc điểm sự trao đổi năng lượng âm th ể hiện càng m ạn h
nếu tấ n số càng tháp, th ể hiện m ột ván đé tổ n g q u át hơn gọi

là hiệu ứng suy giảm nâng lượng âm tá n sổ th á p của loa.
Giải thích hiệu ứng này như sau :
H ình 1 - 2 3 : Đổ thị trỏ
kháng b ứ c xạ.

26

Ta vẽ lại nguổn bức xạ pittông nhưng với tư ờ n g ch án
hffu hạn (bán kính 1) và không bịt.