ПОЛЕВОЙ ШУМОСТОЙКИЙ ТЕЛЕФОННЫЙ АППАРАТ
FIELD NOISE-RESISTANT TELEPHONE

Изобретение относится к системам телефонной связи и может быть использовано в качестве переносного полевого шумостойкого телефонного аппарата для работы в условиях повышенных акустических шумов.
Известны телефонные аппараты, представляющие собой оконечное абонентское устройство, осуществляющее передачу и прием вызывных и речевых сигналов, поступающих с кабельной линии связи [1]. Эти аппараты включают в себя вызывные и разговорные приборы, согласующие и коммутационные устройства.
Основным недостатком известных телефонных аппаратов является то, что они не обеспечивают достаточное качество связи в условиях повышенных акустических шумов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранный в качестве прототипа полевой шумостойкий телефонный аппарат по патенту Российской Федерации №2779964 С1 от 16.09.2022 г., МПК Н04М 1/02. Опубликовано в Бюл. №26 [2]. Этот аппарат содержит микротелефонную трубку, состоящую из шумостойкого микрофона и телефона, переключатель микротелефонной трубки, питающий мост, усилитель передачи, блок автоматической регулировки уровня (АРУ) сигнала, состоящий из линейного усилителя, частотно зависимого детектора, сглаживающей RC-цепи и аттенюатора, блок включения тракта передачи, состоящий из электронного ключа, усилителя-детектора и двойной сглаживающей RC-цепи, устройство согласования с линией, электронный индуктор с кнопкой вызова, переключатель режимов работы телефонного аппарата (ТА), усилитель приема, устройство приема вызова, состоящее из диодного моста, оптического индикатора, электронного ключа, мультивибратора и дополнительного телефона, блок с клеммами для подключения линии связи и линию связи.
Недостатком прототипа является недостаточное качество связи при работе телефонного аппарата в условиях повышенных акустических шумов.
Целью изобретения является повышение качества связи, обеспечиваемого телефонным аппаратом, при работе в условиях повышенных акустических шумов.
Поставленная цель достигается тем, что в полевой шумостойкий телефонный аппарат, содержащий микротелефонную трубку, состоящую из шумостойкого микрофона и телефона, переключатель микротелефонной трубки, питающий мост, усилитель передачи, блок автоматической регулировки уровня (АРУ) сигнала, состоящий из линейного усилителя, частотно зависимого детектора, сглаживающей RC-цепи и аттенюатора, блок включения тракта передачи, состоящий из электронного ключа, усилителя-детектора и двойной сглаживающей RC-цепи, устройство согласования с линией, электронный индуктор с кнопкой вызова, переключатель режимов работы телефонного аппарата (ТА), усилитель приема, устройство приема вызова, состоящее из диодного моста, оптического индикатора, электронного ключа, мультивибратора и дополнительного телефона, блок с клеммами для подключения линии связи и линию связи, дополнительно введены дополнительный шумостойкий микрофон, микрофонный усилитель и устройство компенсации акустических шумов, при этом выход шумостойкого микрофона микротелефонной трубки соединен со входом переключателя микротелефонной трубки, первый и второй входы-выходы которого подключены ко входам-выходам соответственно телефона и дополнительного шумостойкого микрофона, выход переключателя микротелефонной трубки соединен со входом питающего моста, выход которого соединен со входом усилителя передачи, выход которого соединен с первым входом устройства компенсации акустических шумов, второй (инверсный) вход которого соединен с выходом микрофонного усилителя, вход которого соединен с выходом дополнительного шумостойкого микрофона, выход устройства компенсации акустических шумов соединен со входом линейного усилителя блока АРУ сигнала, выход которого соединен со входом частотно зависимого детектора, выход которого соединен со входом сглаживающей RC-цепи, выход которой соединен со входом аттенюатора, выход которого соединен со входом линейного усилителя, выход которого соединен параллельно со входом усилителя-детектора и входом электронного ключа блока включения тракта передачи, выход которого соединен со входом устройства согласования с линией, выход которого соединен со входом усилителя приема, выход которого соединен со входом телефона микротелефонной трубки, выход усилителя-детектора блока включения тракта передачи соединен со входом двойной сглаживающей RC-цепи, управляющий выход которой соединен с управляющим входом электронного ключа, первый вход-выход устройства согласования с линией соединен со входом-выходом электронного индуктора с кнопкой вызова, выход которого соединен со входом переключателя режимов работы телефонного аппарата (ТА), первый вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом устройства согласования с линией, третий вход-выход которого соединен с первым входом-выходом диодного моста устройства приема вызова, второй вход-выход которого соединен со входом-выходом оптического индикатора, третий вход-выход диодного моста соединен с первым входом-выходом электронного ключа, второй вход-выход которого соединен со входом-выходом мультивибратора, выход которого соединен со входом дополнительного телефона, четвертый вход-выход устройства согласования с линией соединен с первым входом-выходом блока с клеммами для подключения линии связи, второй и третий входы-выходы которого подключены соответственно ко второму входу-выходу переключателя режимов работы телефонного аппарата и ко входу-выходу линии связи.
Сопоставимый анализ с прототипом показывает, что заявляемый полевой шумостойкий телефонный аппарат отличается наличием новых блоков: дополнительного шумостойкого микрофона, микрофонного усилителя и устройства компенсации акустических шумов, а также изменением связей между известными блоками телефонного аппарата.
При введении новых блоков в указанной связи с остальными элементами схемы в заявляемый полевой шумостойкий телефонный аппарат, вышеуказанные блоки проявляют новые свойства, что позволяет достичь поставленной цели, заключающейся в повышении качества связи, обеспечиваемого телефонным аппаратом в условиях повышенных акустических шумов.
Таким образом, заявляемый полевой шумостойкий телефонный аппарат соответствует критерию изобретения «новизна». Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что вновь введенные блоки реализуемы, хорошо известны специалистам в данной области техники и дополнительного творчества, учитывая приведенные ниже пояснения, для их воспроизведения не требуется.
Предлагаемое решение существенно отличается от известных на данный момент времени решений. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого полевого шумостойкого телефонного аппарата критерию изобретения существенные «отличия».
Заявляемое решение явным образом не следует из уровня техники и имеет изобретательский уровень.
Заявляемый полевой шумостойкий телефонный аппарат может быть реализован с использованием существующего оборудования, средств электротехники и связи, коммутационных устройств и является промышленно применимым. Изготовленные образцы полевого телефонного аппарата прошли испытания и показали хорошие результаты при работе его как в условиях шумов, так и без них.
На чертеже представлена структурная электрическая схема полевого шумостойкого телефонного аппарата, на которой обозначено:
1 - микротелефонная трубка;
2 - шумостойкий микрофон;
3 - телефон;
4 - переключатель микротелефонной трубки;
5 - питающий мост;
6 - усилитель передачи;
7 - дополнительный шумостойкий микрофон;
8 - микрофонный усилитель;
9 - устройство компенсации акустических шумов;
10 - блок автоматической регулировки уровня (АРУ) сигнала;
11 - линейный усилитель;
12 - частотно зависимый детектор;
13 - сглаживающая RC-цепь;
14 - аттенюатор;
15 - блок включения тракта передачи;
16 - электронный ключ;
17 - усилитель-детектор;
18 - двойная сглаживающая RC-цепь;
19 - устройство согласования с линией;
20 - электронный индуктор с кнопкой вызова;
21 - переключатель режимов работы телефонного аппарата (ТА);
22 - усилитель приема;
23 - устройство приема вызова;
24 - диодный мост;
25 - оптический индикатор;
26 - электронный ключ;
27 - мультивибратор;
28 - дополнительный телефон;
29 - блок с клеммами для подключения линии связи;
30 - линия связи.
Выход шумостойкого микрофона 2 микротелефонной трубки 1 соединен со входом переключателя 4 микротелефонной трубки, первый и второй входы-выходы которого подключены ко входам-выходам соответственно телефона 3 и дополнительного шумостойкого микрофона, выход переключателя 4 микротелефонной трубки соединен со входом питающего моста 5, выход которого соединен со входом усилителя 6 передачи, выход которого соединен с первым входом устройства 9 компенсации акустических шумов, второй (инверсный) вход которого соединен с выходом микрофонного усилителя 8, вход которого соединен с выходом дополнительного шумостойкого микрофона 7, выход устройства 9 компенсации акустических шумов соединен со входом линейного усилителя 11 блока 10 автоматической регулировки (АРУ) сигнала, выход которого соединен со входом частотно зависимого детектора 12, выход которого соединен со входом сглаживающей RC-цепи 13, выход которой соединен со входом аттенюатора 14, выход которого соединен со входом линейного усилителя 11. Выход линейного усилителя 11 блока 10 АРУ сигнала соединен параллельно со входом усилителя-детектора 17 и входом электронного ключа 16 блока 15 включения тракта передачи, выход которого соединен со входом устройства 19 согласования с линией, выход которого соединен со входом усилителя 22 приема, выход которого соединен со входом телефона 3 микротелефонной трубки 1. Выход усилителя-детектора 17 блока 15 включения тракта передачи соединен со входом двойной сглаживающей RC-цепи 18, управляющий выход которой соединен с управляющим входом электронного ключа 16. Первый вход-выход устройства 19 согласования с линией соединен со входом-выходом электронного индуктора 20 с кнопкой вызова, выход которого соединен со входом переключателя 21 режимов работы телефонного аппарата (ТА), первый вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом устройства 19 согласования с линией, третий вход-выход которого соединен с первым входом-выходом диодного моста 24 устройства 23 приема вызова, второй вход-выход которого соединен со входом-выходом оптического индикатора 25, третий вход-выход диодного моста 24 соединен с первым входом-выходом электронного ключа 26, второй вход-выход которого соединен со входом-выходом мультивибратора 27, выход которого соединен со входом дополнительного телефона 28, четвертый вход-выход устройства 19 согласования с линией соединен с первым входом-выходом блока 29 с клеммами для подключения линии связи, второй и третий входы-выходы которого подключены соответственно ко второму входу-выходу переключателя 21 режимов работы телефонного аппарата и ко входу-выходу линии 30 связи.
Конструктивно полевой шумостойкий телефонный аппарат выполнен в переносном варианте.
Микротелефонная трубка 1 состоит из двух пластмассовых полутрубок, соединенных между собой. В микротелефонной трубке имеется скоба с отверстием, служащая для ее подвешивания.
В качестве шумостойкого микрофона 2 может быть использован микрофон ДЭМШ-1А, а в качестве телефона 3 может быть использован телефон типа ДЭМК-6А, заключенный в резиновую ушную раковину.
Телефон 3 преобразует электрические колебания в акустические сигналы, и, наоборот, акустические колебания - в электрические, то есть телефон может служить также микрофоном, когда он преобразует акустические колебания в электрические. Поэтому разговоры, ведущиеся в помещении, где расположен телефонный аппарат, могут быть переданы телефоном 3 в линию связи. Во избежание этого в предлагаемом телефонном аппарате предусмотрено выключение телефона 3, что осуществляется при укладке микротелефонной трубки 1 на крышку телефонного аппарата. При этом разрываются контакты переключателя 4 микротелефонной трубки и телефон 3 отключается от линии 30 связи.
Переключатель 4 микротелефонной трубки предназначен для включения телефонного аппарата на передачу и отключения цепи передачи.
Питающий мост 5 обеспечивает питание шумостойкого микрофона 2 и дополнительного шумостойкого микрофона 7 при ведении передачи.
Усилитель 6 передачи собран на транзисторах и включает в себя элементы для разделения цепей постоянного и переменного тока, которые обеспечивают регулировку выходного сигнала усилителя при слабых сигналах (шумах) и увеличенном напряжении, поступающего с выхода шумостойкого микрофона 2 микротелефонной трубки 1. Он предназначен для обеспечения требуемого уровня сигнала передачи, поступающего в линию 30 связи.
Дополнительный шумостойкий микрофон 7 расположен в корпусе телефонного аппарата и предназначен для приема акустических шумов окружающей среды. В качестве дополнительного шумостойкого микрофона 7 может быть использован микрофон ДЭМШ-1 А.
Микрофонный усилитель 8 предназначен для усиления сигналов, поступающих с выхода микрофона 7, до требуемого уровня и обеспечения необходимого качества речи.
Устройство 9 компенсации акустических шумов состоит из противофазного сумматора и предварительного усилителя, выполненного на микросхеме типа SSM2166 фирмы Analog Devices. Структурная схема приведена в литературе [3]. Устройство 9 совместно с микрофонным усилителем 8 и дополнительным шумостойким микрофоном 7 предназначено для компенсации акустических шумов, появляющихся в процессе ведения передачи.
Линейный усилитель 11 является основным элементом блока 10 АРУ. Он совместно с цепью обратной связи, включающей частотно зависимый детектор 12, сглаживающую RC-цепь 13 и аттенюатор 14, обеспечивает корректировку уровня сигнала при работе телефонного аппарата в различных условиях эксплуатации, в том числе компенсирует технологический разброс при воздействии дестабилизирующих факторов окружающей среды.
Блок 15 включения тракта передачи является частотно зависимым. При этом уровень сигнала на его выходе зависит от текущей частоты.
Порог срабатывания электронного ключа (исполнительного устройства) 16 является частотно зависимым с чувствительностью, обратной структуре русской речи. В результате этого обеспечивается уменьшение воздействия шума на телефонный тракт и, соответственно, на восприятие речи.
Предложенное частотно-зависимое регулирование усиления тракта передачи в рабочей полосе частот с помощью цепи обратной связи, включающей усилитель-детектор 17 и двойную сглаживающую RC-цепь 18, обеспечивает существенное уменьшение разбросов индивидуальных спектров речевого сигнала и приведение их к среднестатистическому спектру русской речи при сохранении формантной микроструктуры.
Параметры электронного ключа 16 блока 15 АРУ были определены экспериментально на многочисленных испытаниях аппарата.
Применение блока 15 АРУ в тракте передачи предпочтительнее при производстве и в реальных условиях эксплуатации, поскольку компенсирует технологический разброс микрофонов по их выходным уровням, колебания их чувствительности при воздействии дестабилизирующих факторов окружающей среды и нестабильности расстояния до микрофонов во время переговоров.
Для исключения передачи шумового сигнала в линию 30 связи в блок 15 включения тракта передачи введен электронный ключ 16, который выключает тракт передачи в отсутствии речевого сигнала (в паузах речи). Блок 15 включения тракта передачи является также частотно зависимым, при этом уровень управляющего сигнала на его входе зависит от текущей частоты.
Корректировка речевого спектра в области частот от 150 до 7000 Гц осуществляется с помощью частотно зависимой цепи обратной связи, включающей усилитель-детектор 17 и двойную сглаживающую RC-цепь 18.
Устройство 19 согласования с линией предназначено для согласования сопротивления линии 30 связи со входным сопротивлением телефонного аппарата, а также для исключения местного эффекта при работе телефонного аппарата по двухпроводной линии.
Устройство 19 согласования с линией обеспечивает также защиту схемы аппарата от высоких напряжений и токов. При включении телефонного аппарата непосредственно в линию связи на его линейные зажимы может попасть высокое напряжение от грозовых разрядов вблизи линии, при касании проводов осветительной сети и др. Для защиты схемы аппарата от высоких напряжений в устройстве 19 предусмотрены стабилитроны.
Электронный индуктор 20 с кнопкой вызова является источником вызывного тока и представляет собой простейший генератор переменного тока.
Переключатель 21 режимов работы предназначен для установки режимов работы телефонного аппарата. Он представляет собой плату, на которой размещены несколько индивидуальных переключателей в виде тумблеров.
Усилитель 22 приема предназначен для установки необходимого уровня принимаемого речевого сигнала, поступающего с выхода усилителя 22 приема на вход телефона 3 микротелефонной трубки 1.
Устройство 23 приема вызова в составе диодного моста 24, оптического индикатора 25, электронного ключа 26, мультивибратора 27 и дополнительного телефона 28 предназначено для приема вызывных сигналов с линии связи, преобразования их в звуковые сигналы с подачей на вход дополнительного телефона 28 и оптической индикации поступления вызывного сигнала с помощью оптического индикатора 25, выполненного в виде светоизлучающего диода.
При посылке сигнала вызова со своего телефонного аппарата устройство 23 приема вызова шунтируется замкнутым контактом при нажатом положении кнопки вызова электронного индуктора 20.
Оптический индикатор 25, подключенный к диодному мосту 24, обеспечивает оптическую индикацию поступления вызывного сигнала с линии 30 связи.
Мультивибратор 27 собран на транзисторах. Он вырабатывает электрический вызывной сигнал, поступающий на вход дополнительного телефона 28, который преобразует электрический сигнал в акустический.
В качестве дополнительного телефона 28 может быть также использован телефон типа ДЭМК-6А.
Блок 29 с клеммами содержит плату (основание), на которой размещены две пары клемм для подключения линий связи.
Линия 30 связи может быть выполнена с использованием полевого двухпроводного телефонного кабеля типа П-274М или полевого распределительного кабеля типа П-269М.
Работа полевого шумостойкого телефонного аппарата.
Посылка вызывного сигнала осуществляется периодическим нажатием кнопки вызова электронного индуктора 20. Посылка вызова в режиме МБ (местная батарея) осуществляется только при уложенной микротелефонной трубке 1. При нажатии кнопки вызова вызывной сигнал переменного тока с выхода электронного индуктора 20 через контакты переключателя 21 режимов работы телефонного аппарата и блок 29 с клеммами поступает в линию 30 связи.
Прием вызова с линии 30 связи в режиме МБ.
Вызывной сигнал с линии 30 связи поступает на диодный мост 24 устройства 23 приема вызова. Выпрямленный диодным мостом 24 вызывной сигнал ограничивается по напряжению и через электронный ключ 26 поступает для питания мультивибратора 27, собранного на транзисторах, и на оптический индикатор 25, выполненный на светодиоде. При поступлении сигнала на оптический индикатор 25 он мигает, что является сигналом для оператора (телефониста). Мультивибратор 27 вырабатывает вызывной сигнал, который поступает на дополнительный телефон 28 устройства 23 приема вызова. Электронный ключ 26 предотвращает включение мультивибратора 27 от напряжения разговорного сигнала.
Вызов станции в режиме ЦБ (центральная батарея) с телефонного аппарата осуществляется поднятием микротелефонной трубки 1 с рычага переключателя 4. При этом при снятии микротелефонной трубки 1 происходит замыкание линии связи по постоянному току по цепи через дроссель, входящий в состав устройства 19 согласования с линией.
Отбой станции осуществляется при укладывании микротелефонной трубки 1 на телефонный аппарат, при этом контакты переключателя 4 микротелефонной трубки 1 разрывают цепь постоянного тока.
При посылке вызова в системе ЦБ (центральной батареи) переключатель 21 режимов работы телефонного аппарата должен быть поставлен в положение ЦБ, при этом параллельно к проводам линии связи в устройстве 19 согласования с линией включается дроссель.
Когда микротелефонная трубка 1 лежит на крышке аппарата, контакты переключателя 4 разомкнуты и цепь дросселя также разомкнута. При снятии микротелефонной трубки 1 контакты переключателя 4 замыкаются и дроссель подключается к линии 30 связи. Цепь станционной батареи замыкается через обмотку дросселя и на станции ЦБ срабатывает вызывное устройство.
Работа телефонного аппарата на передачу.
Для передачи речи необходимо нажать переключатель 4 микротелефонной трубки 1. При этом контакты переключателя 4 расшунтируют микрофон 2 и через питающий мост 5 подключают питание к усилителю 6 передачи.
Шумостойкий микрофон 2 преобразует речевой акустический сигнал в электрический, который с выхода микрофона 2 через переключатель 4 микротелефонной трубки 1 и питающий мост 5 поступает на вход усилителя 6 передачи, усиливается им до необходимого уровня и с его выхода сигнал поступает на первый вход устройства 9 компенсации акустических шумов, на второй (инверсный) вход которого подается сигнал акустического шума с выхода микрофонного усилителя 8. Сигнал акустического шума поступает на вход микрофонного усилителя 8 с выхода дополнительного шумостойкого микрофона 7.
При ведении разговора речевой сигнал оператора практически не попадает на дополнительный шумостойкий микрофон 7, поэтому на второй (инверсный) вход устройства 9 компенсации акустических шумов поступает только сигнал акустического шума, который вычитается из суммарного речевого сигнала и акустического шума, поступающего с выхода усилителя 6 передачи. Очищенный от шума речевой сигнал с выхода устройства 9 компенсации акустических шумов поступает на вход линейного усилителя 11 блока 10 АРУ сигнала. Режим работы линейного усилителя 11 подобран таким образом, чтобы потребление тока не превышало 4 мА при отсутствии входного сигнала и 5 мА при уровне сигнала на выходе усилителя 11 передачи 0 дБн. Работа телефонного аппарата на прием.
Разговорный сигнал с линии 30 связи поступает на клеммы блока 29. При снятой с телефонного аппарата микротелефонной трубке 1 для разговорных токов, поступающих с линии 30 связи, образуется следующая цепь: линия 30 связи, блок 29 с клеммами для подключения линии связи, устройство 19 согласования с линией и далее сигнал через усилитель 22 приема поступает на телефон 3.
Технический результат от предлагаемого изобретения заключается в повышении качества связи при работе телефонного аппарата в условиях повышенных акустических шумов окружающей среды, достигаемый за счет новой совокупности элементов структурной схемы телефонного аппарата, обеспечивающих необходимое качество речи при ведении передачи путем компенсации акустических шумов в тракте передачи ТА.
Эффективность использования предлагаемого полевого шумостойкого телефонного аппарата оценивалась на опытном образце при работе телефонного аппарата в акустических шумах с уровнем 127 дБ. По данным экспертного опроса получены следующие оценки по 10-ти бальной шкале:
при ведении передачи в условиях тишины - 9 баллов;
при работе в условиях шумов с использованием устройства компенсации акустических шумов - 4 балла;
при работе в условиях шумов без использования устройства компенсации шумов - 0 баллов (срыв связи).
Достоинством предлагаемого изобретения является также и то, что полевой шумостойкий телефонный аппарат обеспечивает стабильный уровень речевого сигнала при изменении чувствительности микрофона при климатических воздействиях на него и хорошее качество передачи речи как в условиях тишины, так и в условиях повышенных акустических шумов.
Источники информации.
1. Военные системы коммутации и телефония. Б.А. Гордиенко, В.Н. Филиппов, Л.Н. Щербина/ Под ред. Б.А. Гордиенко - ВАС, 1984.
2. RU, патент №2779964 С1, МПК Н04М 1/02, 2022 (прототип).
3. И. Подгорный. Микрофоны и гарнитуры. Радиомир KB и УКВ, №1, 2004.