При увеличении периода сигнала частота первой гармоники (О, = 2л/Г понижается. Спектральные линии становятся гуще. Амплитуды гармоник уменьшаются. Последнее становится понятным, если учесть, что энергия сигнала, оставаясь неизменной, перераспределяется теперь между возросшим числом гармоник. Естественно, доля каждой гармоники в общем сигнале падает.

Следовательно, при переходе к непериодическому сигналу (например, к одиночному импульсу) мы получаем в спектре такого сигнала вместо отдельных гармоник бесконечно большое число синусоидальных колебаний с бесконечно близкими частотами, заполняющими всю шкалу частот. Причем амплитуда каждого такого колебания становится исчезающе малой, потому что на его долю приходится бесконечно малая часть энергии сигнала. Другими словами, в любой бесконечно узкой полосе частот мы всегда обнаружим синусоидальное колебание, правда, бесконечно малой амплитуды.

Поскольку сравнивать между собой бесконечно малые величины неудобно, то вместо амплитуд /4 по оси ординат откладывают произведение /47, которое с увеличением периода Г остается постоян-

о 0)1

5o)i

10o)i

I I . I I I I I I I . . I I I

О 0)1

50)1

10о)1

20о)1

11И...11И1и. .нмИШ

о 0)1 50)1 100)1 200)1 30о)1 40о)1 О)

Рис. 1.7. Спектры амплитуд периодических последовательностей импульсов с разными периодами

О 0)1

50)1

10o)i

I I

I . I

50)1

10О)1

20о)1

о 0)1 50)i 10o)i

20o)i

30o)i

40o)i

Рис. 1.8. Переход к спектральной плотности (г) одиночного прямоугольного импульса

ным. В новых координатах спектры, показанные на рис. 1.7, а-в, будут выглядеть так, как показано на рис. 1.8, а-г. Понятие спектра амплитуд здесь лишено смысла и заменяется понятием спектральной плотности амплитуд, которая указывает, по сути, на удельный вес бесконечно малой амплитуды синусоидального колебания в любой бесконечно узкой полосе частот. Понятие спектра фаз заменяется понятием спектральной плотности фаз.

Таким образом, спектр непериодичес общем случае не дискретным, а непрерые

ЕШУМНАЯ БИК HAuBCKororocv.

1.3. Сигналы электросвязи и их спектры

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся сигналы электросвязи и обсудим их спектры.

Телефонные (речевые) сигналы. Человек набрал в легкие воздух и издал звук. Что же произошло? Воздух, выходя из легких, заставляет вибрировать голосовые связки. От них колебания воздуха передаются через гортань голосовому аппарату, заканчивающемуся ротовой и носовой полостями (рис. 1.9).

Последние выполняют роль резонаторов - они усиливают колебания воздуха, подобно тому, как полый корпус гитары или скрипки, также являясь резонатором, усиливает звуки струн. Колебания воздуха из голосового аппарата человека передаются окружающему воздуху. Возникает звуковая волна. Характер издаваемого звука определяется натяжением голосовых связок, формой ротовой полости, положением языка, губ и т.д.

Из описания голосового аппарата человека нетрудно понять, что голосовые связки играют роль своеобразных струн, они создают основной тон и обильное количество обертонов. Частота основного тона речи лежит в пределах от 50...80 Гц (очень низкий голос - бас) до 200...250 Гц (женский и детский голоса). При разговоре частота основного тона меняется в значительных пределах, особенно при переходе от гласных звуков к согласным, и наоборот.

В совместном звучании основной тон и обертоны создают соответствующую окраску звука или тембр. Один тембр отличается от другого числом и силой обертонов. При преобладании в человеческом голосе высоких обертонов над низкими мы слышим в нем звучание металла . Люди, у которых в голосе преобладают низкие обертоны, говорят мягким, бархатным голосом.

Твердое небо Носовая

ПОЛОСТЬ

Ротовая

ПОЛОСТЬ

Давление звука

125 МКС

Время

Голосовые связки

Рис. 1.9. Кривая звукового давления при произнесении звука а мужским голосом