Полоса пропускания (прозрачности) - диапазон частот , в пределах которого амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) акустического, радиотехнического, оптического или механического устройства достаточно равномерна для того, чтобы обеспечить передачу сигнала без существенного искажения его формы. Иногда вместо термина «полоса пропускания» используют термин «эффективно передаваемая полоса частот (ЭППЧ)». В ЭППЧ сосредоточена основная энергия сигнала (не менее 90 %). Этот диапазон частот устанавливается для каждого сигнала экспериментально в соответствии с требованиями качества.
Основные параметры полосы пропускания
Основные параметры, которые характеризуют полосу пропускания частот - это ширина полосы пропускания и неравномерность АЧХ в пределах полосы.
Ширина полосы пропускания
Ширина полосы пропускания - полоса частот, в пределах которой неравномерность частотной характеристики не превышает заданной.
Ширина полосы обычно определяется как разность верхней и нижней граничных частот участка АЧХ f 2 − f 1 {\displaystyle f_{2}-f_{1}} , на котором амплитуда колебаний равняется 1 2 {\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {2}}}} (или, что эквивалентно 1 2 {\displaystyle {\frac {1}{2}}} для мощности) от максимальной. Этот уровень приблизительно соответствует −3 дБ .
Ширина полосы пропускания выражается в единицах частоты (например, в герцах).
В радиосвязи и устройствах передачи информации расширение полосы пропускания позволяет передать большее количество информации.
Неравномерность АЧХ
Неравномерность АЧХ характеризует степень её отклонения от прямой, параллельной оси частот.
Ослабление неравномерности АЧХ в полосе улучшает воспроизведение формы передаваемого сигнала.
Различают:
- Абсолютную полосу пропускания: 2Δω = Sa
- Относительную полосу пропускания: 2Δω/ωo = So
Конкретные примеры
В теории антенн полоса пропускания - диапазон частот, при которых антенна работает эффективно, обычно окрестность центральной (резонансной) частоты. Зависит от типа антенны, её геометрии. На практике полоса пропускания обычно определяется по заданному уровню КСВ (коэффициента стоячей волны), например, равному 2.
Из определения полосы пропускания видно, что дисперсия накладывает ограничение на дальность передачи и на верхнюю частоту передаваемых сигналов.
Требования к полосе пропускания различных устройств определяются их назначением. Например, для телефонной связи достаточна полоса около 3 кГц (300-3400 Гц), для высококачественного воспроизведения музыкальных произведений - не менее 30-16000 Гц, а для телевизионного вещания - шириной до 8 МГц)
Обеспечивающая передачу электрических сигналов связи в эффективно передаваемой полосе частот (ЭППЧ) 0,3 - 3,4 кГц. В телефонии и связи часто используется аббревиатура КТЧ. Канал тональной частоты является единицей измерения ёмкости (уплотнения) аналоговых систем передачи (например, K-24, K-60, K-120). В то же время для цифровых систем передачи (например, ИКМ-30, ИКМ-480, ИКМ-1920) единицей измерения ёмкости является основной цифровой канал .
Эффективно передаваемая полоса частот - полоса частот , остаточное затухание на крайних частотах которой отличается от остаточного затухания на частоте 800 Гц не более чем на 1 Нп при максимальной дальности связи, свойственной данной системе.
Ширина ЭППЧ определяет качество телефонной передачи, и возможности использования телефонного канала для передачи других видов связи. В соответствии с международным стандартом для телефонных каналов многоканальной аппаратуры установлена ЭППЧ от 300 до 3400 Гц. При такой полосе обеспечивается высокая степень разборчивости речи, хорошая естественность её звучания и создаются большие возможности для вторичного уплотнения телефонных каналов.
Энциклопедичный YouTube
1 / 3
✪ Теория: радиоволны, модуляция и спектр.
✪ Звуковой генератор своими руками Инструмент электромонтажника. Схема звукового генератора
✪ Цифровой сигнал
Субтитры
Режимы работы канала ТЧ
Назначение режимов
- 2 ПР. ОК - для открытой телефонной связи при отсутствии на телефонном коммутаторе транзитных удлинителей;
- 2 ПР. ТР - для временных транзитных соединений открытых телефонных каналов, а также для оконечной связи при наличии на телефонном коммутаторе транзитных удлинителей;
- 4 ПР ОК - для использования в сетях многоканального тонального телеграфа, закрытой телефонной связи, передачи данных и т. п., а также для транзитных соединений при значительных длинах соединительных линий;
- 4 ПР ТР - для долговременных транзитных соединений.
При передаче сигнала на дальние расстояния энергетически выгодно использовать высокочастотную несущую, параметры которой модулируются передаваемым сигналом. Для передачи
голоса по каналам связи обычно используют два метода модуляции несущей: амплитудную (AM) и частотную (ЧМ). Однако в системах фиксированной связи использовалась только AM, для которой требуемая ширина полосы частот канала передачи составляла 2 , где - полоса частот, занимаемая сигналом (а именно - КТЧ). Более того, используя технологию уплотнения, основанную на АМ-ОБП, можно было отфильтровывать левую пли правую боковую составляющую, а также подавлять несущую (ПН) и формировать нужную канальную фупиу (см. Главу 3, рис.3-3).
Системы связи ассоциируются у нас с системами передачи голоса или телефонной связи, которые только в последние 20 лет (в связи с развитием модемной связи) стали использоваться для передачи данных. Эти системы рассчитывались и оптимизировались для передачи речи и строились как многоканальные, использующие различные методы уплотнения каналов для передачи по кабелю все большего и большего числа каналов.
Учитывая, что полоса частот КТЧ (300-3400 Гц) должна была фильтроваться реальным, а не идеальным, аналоговым полосовым фильтром, было предложено использовать полосу 4 кГц в качестве расчетной ширины основной полосы стандартного телефонного канала (СТК), защитная полоса между двумя соседними каналами при этом составляла 900 Гц, что позволяло существенной уменьшить переходную помеху между телефонными каналами.
Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ)
Цифровые методы представления сигнала были основаны на процессе дискретизации передаваемого голосового сигнала, т.е. использовании выборок, взятых периодически с частотой дискретизации f д. Она выбиралась из условия последующего (в точке приема) восстановления сигнала без потерь с помощью ФНЧ (с f cp =4 кГц) на основе теоремы Котельникова- Найквиста, утверждающей, что сигнал, спектр которого ограничен f cp м.б. восстановлен без потерь, если частота дискретизации составляет не менее f д =2 f cp . Отсюда получали, что для СТК частота дискретизации составляет 8 кГц, т.е. выборки следует брать с периодом дискретизации Т д = 125 мкс, (рис.8-1).
Рис.8-1. Преобразование аналогового сигнала в цифровой ИКМ-сигнал
Следующий шаг - квантование амплитуд выборок, т.е. определение эквивалентного ей цифрового значения. Указанные шаги, осуществляемые при импульспо-кодовой модуляции (ИКМ), позволяли перейти от аналогового речевого сигнала к цифровому.
Численное значение каждой выборки в этой схеме далее представлялось в виде 7-8-битпого двоичного кода. Процессы формирования ИКМ представлены на рис.8-1, повторенном здесь (см. Гл.1) для наглядности и целостности изложения.
Такое кодирование называлось нами кодификацией и позволяло передать 256 (2 8) дискретных уровнен амплитуды сигнала, что было экономно для передачи (т.к. требовало канала ОЦК со скоростью 64 кбит/с), но недостаточно с точки зрения качества передачи голоса. В результате перед кодификацией динамический диапазон голосового сигнала сжимался схемой ком-пандировапия (см. Гл.З, рис.3-8). Это обеспечивало передачу речи с динамическим диапазоном порядка 42 или 48 дБ.
Термин полоса частот в отношении сигнала связан с понятиями об эффективной ширине спектра сигнала , в которой сосредоточено 90% энергии сигнала (по соглашению), а также о нижней и верхней границах полосы частот сигнала. Эти важнейшие характеристики источника сигнала непосредственно связаны с физикой данного источника сигнала. Например, для индукционного вибродатчика полоса частот выходного сигнала реально ограничена сверху единицами килогерц из-за инерционности массы металлического намагниченного сердечника внутри катушки индуктивности датчика, а снизу – величиной, связанной с индуктивностью катушки. Верхняя граница полосы частот сигнала, как правило, связана с физическими ограничениями скорости нарастания сигнала, а нижняя граница полосы частот связана с наличием низкочастотной составляющей сигнала, включая постоянную составляющую .
Термин полоса частот пропускания употребляется в отношении преобразователей и трактов (интерфейсов) передачи сигналов. Речь идёт об амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) этих устройств и о характеристиках полосы пропускания этой АЧХ, которые традиционно измеряются по уровню -3 дБ , как это показано она рисунке выше. За нуль децибел принимается максимальное (или среднее, по соглашению) значение амплитуды сигнала в полосе пропускания. На рисунке частоты F 1 и F 2 – это нижняя и верхняя частота полосы пропускания соответственно. Нижняя граница F 1 = 0, если данный преобразователь или тракт пропускает постоянную составляющую сигнала. Чем больше ширина полосы частот пропускания ∆F= F 2 - F 1 преобразователя или тракта передачи данных, тем выше разрешение (детализация) сигнала по времени , тем выше скорость передачи информации в соответствующем интерфейсе , но в то же время тем больше помех и шумов попадает в полосу пропускания.
Если полоса частот сигнала частично или полностью не попадает в полосу частот пропускания преобразователя или тракта, то это приводит к искажению или полному подавлению сигнала в тракте.
С другой стороны, если эффективная полоса частот сигнала многократно у́же полосы частот пропускания преобразователя или тракта, то такой случай нельзя считать оптимальным, поскольку в этой физически реализованной системе всегда присутствуют шум и помехи различной природы, которые в общем случае рассредоточены по всей ширине полосы частот пропускания. Области частот пропускания, в которых нет полезных составляющих сигнала, будут добавлять шум, ухудшая соотношение сигнал/шум в данном канале преобразования или передачи сигнала. Исходя из этих посылок, мы вплотную подошли к термину: оптимальная полоса частот пропускания сигнала – это полоса частот пропускания, границы которой согласованы с эффективной полосой частот сигнала .
В случае АЦП верхняя граница полосы частот пропускания может быть обеспечена антиалайзинговым фильтром , а нижняя граница может быть обеспечена фильтром высокой частоты .
Как видите, общий термин полоса частот , употреблённый в любом контексте, сильно связан с вопросом выбора оборудования по его частотным характеристикам, а также связан с вопросом оптимального согласования преобразователей и трактов передачи с источниками сигналов.
С термином полоса частот связаны следующие статьи:
Ответов: 9
Вопрос знатокам: Кокова полоса передаваемых звуковых частот в телефонной связи
С уважением, Nurslan
Лучшие ответы
Николай Иванов:
300 Гц — 3400 Гц. или суженый 0,3 — 2,7 кГц
Что значит звуковых частот, частота есть в канале передачи — беспроводном или проводном — это частота электромагнитной волны, а частота звука это зависит от динамика в телефонной трубке. Звук то не передается в связных каналах))
комбат:
эффуктивно передаваемая полоса частот телефонных каналов 0,3-3,4 кГц (стандартный телефонный канал) , для возможности уплотнения канала, т. е. передачи в канал чего-нибудь еще, кроме звука, используются зауженные каналы 0,3-2,7 кГц
Видео-ответ
Это видео поможет разобраться
Ответы знатоков
Владимир Николаев:
если сигнал имеет синусоидальный вид то его полоса одна частота зтой синусоиды если сигнал импульсный то его можно разложить в ряд Фурье он будет преставлять несколько синусоидальных частот вот вся полоса занимаемая этими частотами и называется полосой
An Drew:
Руслан Мамышев:
свои слова не нашлись — начните с этого, а когда поймёте — задайте вопрос поинтересней …
Вольный ветер:
Ну сам вопрос и есть ответ — полоса частот, короче от сих до сих…. В википедию уже боязно заходить, валенки и там, ультразвук задрали от 20 кгц до 1 ГГц, я чуть не упал, и еще гиперзвук свыше 1ГГц….))))))))))) Это каким валенком его ударили? Что так в вику пишут….
Нормально Всё:
Любой конечный во времени сигнал имеет БЕСКОНЕЧНО большую ширину спектра.
Следует говорить об
э ф ф е к т и в н о й ширине спектра, в которой сосредоточено 90% энергии (по соглашению)
сигнала.
osnovy-elektrotekhniki. ru/energeticheskie-xarakteristiki/
Канал тональной частоты (англ. voice frequency circuit) - это совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающая передачу электрических сигналов связи в эффективно передаваемой полосе частот (ЭППЧ) 0,3 - 3,4 кГц. В телефонии и связи часто используется аббревиатура КТЧ. Канал тональной частоты является единицей измерения ёмкости (уплотнения) аналоговых систем передачи (например, K-24, K-60, K-120). В то же время для цифровых систем передачи (например, ИКМ-30, ИКМ-480, ИКМ-1920) единицей измерения ёмкости является основной цифровой канал.
Эффективно передаваемая полоса частот - полоса частот, остаточное затухание на крайних частотах которой отличается от остаточного затухания на частоте 800 Гц не более чем на 1 Нп при максимальной дальности связи, свойственной данной системе.
Ширина ЭППЧ определяет качество телефонной передачи, и возможности использования телефонного канала для передачи других видов связи. В соответствии с международным стандартом для телефонных каналов многоканальной аппаратуры установлена ЭППЧ от 300 до 3400 Гц. При такой полосе обеспечивается высокая степень разборчивости речи, хорошая естественность её звучания и создаются большие возможности для вторичного уплотнения телефонных каналов.
