Передача аудио сигнала по 2х проводной линии в оде стороны, Эхо ? Опции

[MiklPolikov]

Добрый день.
Нужно реализовать что-то вроде схемы домофона.
Длинная двухпроводная линия, на одном конце микрофон+динамик , и на другом конце микрофон +динамик.

Придумал во такую схему.
Усилители показаны схемотично. Все резисторы равны.
Сигнал микрофона , очевидно, не будет попадать на стоящий рядом динамик .

А как быть с эхом ?
Сигнал превратится в звук на другом конце, попадёт на микрофон, и вернётся обратно. Начнётся самовозбуждение .
Как эту проблему решают ? Простыми аналоговыми методами ?

Заранее спасибо !

Эскизы прикрепленных изображений

 

[zltigo]

Усилители показаны схемотично.

Посему для обсуждения домофона этот рисунок годится не многим больше, чем рисунки Модильяни.

Все резисторы равны.

Я где-то слышал , что линии связи не идеальны имеют еще и некое комплексное сопротивление .

Как эту проблему решают ? Простыми аналоговыми методами ?

Подавление акустического эха никакими простыми методами не решается в принципе.

[Владивольт]

Как эту проблему решают ?

MC34118DW
ЭКФ1436ХА2
КР1064ХА1

[Oldring]

Я где-то слышал , что линии связи не идеальны имеют еще и некое комплексное сопротивление .

Для звуковых частот на расстоянии в пару десятков метров не имеют.

Подавление акустического эха никакими простыми методами не решается в принципе.

Решается. В обычной телефонной трубке. За счет малой громкости динамика, вещающего прямо в ухо, и слабой аккустической связи от динамика к микрофону. В более продвинутых телефонах с режимом громкоговорящей связи тупо отключают динамик, когда идет сильный сигнал с микрофона, и отключают сигнал в линию с микрофона, когда говорит динамик.

[zltigo]

Для звуковых частот на расстоянии в пару десятков метров не имеют.

В обратном убедиться очень легко

Решается. В обычной телефонной трубке. За счет малой громкости динамика, вещающего прямо в ухо, и слабой аккустической связи от динамика к микрофону.

Это не решение, поскольку трубка.

В более продвинутых телефонах с режимом громкоговорящей связи тупо отключают динамик, когда идет сильный сигнал с микрофона, и отключают сигнал в линию с микрофона, когда говорит динамик.

Вы сильно ошибаетесь насчет степени тупизны даже такого решения. И еще попробуйте включить такой спикерфон с пороговым заградитель С ДВУХ сторон линии.

MC34118DW
ЭКФ1436ХА2
КР1064ХА1

В топку
Если страсть к древним чипам, то хоть что-то удобоваримое можно выжимать из хотя-бы CS6422, но это уже никак не простой чип. А вообще по нынешним временам что-то типа ZL38002, CX20662 и так далее.

[Oldring]

Вы сильно ошибаетесь насчет степени тупизны даже такого решения. И еще попробуйте включить такой спикерфон с пороговым заградитель С ДВУХ сторон линии.

Всё познается в сравнении. По сравнению с эхоподавителем решение требует меньше ресурсов.

В обратном убедиться очень легко

Ага. Посчитав длину волны в такой линии на частоте, скажем, 4 килогерца. Там остается только DC с чисто активным сопротивлением.

Или вы предлагаете кидать отдельными проводами с большой индуктивностью контура, чтобы доказать обратное? Спасибо, не надо.

[zltigo]

Ага. Посчитав длину волны в такой линии на частоте, скажем, 4 килогерца.

Про "длину волны" это слова которые, как я понимаю, где-то слышали. Но они из другой оперы . Печально.

В данном случае все много проще - разбаланс моста за счет реактивностей в линии. При достаточно, полагаю, высокоомных резисторах в мосте заметный разбаланс при использовании телефонного кабеля с погонной емкостью под 200pF/m уже и на десятках метров только за счет емкости кабеля.

[Oldring]

В данном случае все много проще - разбаланс моста за счет реактивностей в линии. При достаточно, полагаю, высокоомных резисторах в мосте заметный разбаланс при использовании телефонного кабеля с погонной емкостью под 200pF/m уже и на десятках метров только за счет емкости кабеля.

В телефонии обычно используется стандартный импеданс линии порядка 600 ом, чисто активных или почти активных - не важно. Импеданс емкости линии обсуждаемых пары десятков метров с погонной емкостью под 200pF/m даже на 4 килогерцах в 16.5 раз больше. Модуль коэффициента отражения -30 dB. Фигня в общем.

Может быть считать вы тоже будете хоть иногда, прежде чем что-то писать? Умеете?

[zltigo]

В телефонии

Где, Вы в чудо-схеме-спикерфона "обычно используемую телефонию" и 600 Ом узрели?

Модуль коэффициента отражения

Повторяю еще один раз - всякие "волновые сопротивления" и "коэффициенты отражения" Вы слышали в другой опере.

Может быть считать вы тоже будете хоть иногда, прежде чем что-то писать? Умеете?

Я еще и думать умею, и знания применять К МЕСТУ умею

В телефонии обычно используется стандартный импеданс линии порядка 600 ом, чисто активных или почти активных - не важно.

Позвольте мне предположить, что более чем за 20 лет работ по созданию тестового оборудования и телефонных централей я о телефонии понятия имею. Посему писать глупости про "импедансы телефонных линий" не надо. 600 Ом это опять их другой оперы .

[Oldring]

Где, Вы в чудо-схеме-спикерфона "обычно используемую телефонию" и 600 Ом узрели?

Там нет номиналов, можно предположить, что будут близкие к стандартным.

Повторяю еще один раз - всякие "волновые сопротивления" и "коэффициенты отражения" Вы слышали в другой опере.

Вообще-то я читал эти термины в телефонных стандартах. Не только, конечно, но в них тоже
Странно, что вы в стандарты так и не заглянули за 20 лет работы.
И почему-то с гордостью пытаетесь отстоять право на свою неграмотность, отрицая элементарные базовые вещи в области, в которой вы работаете.
Кстати, в аналоговой телефонии, действительно, используется не понятие "волновое сопротивление", а "импеданс линии", не путайте.

[MrYuran]

Между аналоговыми узлами поставить мелкий контроллер и трансивер RS-485 с каждой стороны

Кстати, тогда и узлов может быть больше, чем два
Сигма-дельта кодек из подручных материалов и простейший протокол поверх

[zltigo]

Там нет номиналов, можно предположить, что будут близкие к стандартным.

Где Вы нашли стандарт под который подпадает сей рисунок

Вообще-то я читал эти термины в телефонных стандартах.

Тогда пора найти эти слова в ГОСТ или Руководящих Документах по отношению а АНАЛОГОВЫМ АБОНЕНТСКИМ ЛИНИЯМ слова "волновое сопротивление" и "коэффициент отражения" и обнародовать ссылочку. Все ведь очень просто. Вперед!

[ViKo]

Из даташита на AD828, первого, что нашел. И у Burr-Brown найдется решение. Ищите.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Oldring]

Тогда пора найти эти слова в ГОСТ или Руководящих Документах по отношению а АНАЛОГОВЫМ АБОНЕНТСКИМ ЛИНИЯМ слова "волновое сопротивление" и "коэффициент отражения" и обнародовать ссылочку. Все ведь очень просто. Вперед!

Как вы думаете, когда я вам предложил почитать стандарты, я не знал, как вас буду в них тыкать, когда вы спросите?

Цитата из ITU-T P.11, самое простое, в одном предложении, кратко:

Talker echo may be caused by reflections at impedance mismatches

Продолжать вас тыкать в стандарты, или сами займетесь самообразованием?

Понятие "волновое сопротивление" в применении к аналоговым абонентским линиям придумали вы, они слишком короткие для этого. Я писал про импеданс.

По поводу старых русских ГОСТов - загляните, например, в ГОСТ 7153-85 и подумайте, какие именно стандартные понятия теории цепей как они обзывают, старательно избегая буржуйских слов. Подскажу, что там есть и импеданс, и модуль коэффициента отражения, только обозваны криво.

Кстати, можете еще и в Википедии прочитать, для начала, что такое "гибрид" и как он работает. Там разжевано всё детально, не сводясь к техническим требованиям.

http://en.wikipedia.org/wiki/Telephone_hybrid

[zltigo]

Как вы думаете, когда я вам предложил почитать стандарты, я не знал, как вас буду в них тыкать, когда вы спросите?

Так ведь не получилось ткнуть:

Я писал про импеданс.

....а также про "длину волны" в посте №6 и "коэффициент отражения" в посте №9 можете и дальше произносить слова смысла которых не понимаете. Только это ничего не изменит.

[Tanya]

Господа!
Призываю вас придерживаться рамок приличия, обсуждать предмет спора, а не личные качества оппонента.

[Oldring]

Придумал во такую схему.

Схема плоха тем, что она фактически однопроводная. Не зря снизу нарисовано заземление. Действительно, нижний провод должен быть соединен с землями источников питания, чтобы схема работала. Со всеми вытекающими последствиями, вроде чувствительности такой линии к помехам.

Сделайте то же самое, только в виде дифференциальной схемы. С возбуждением из-за акустического эха можно побороться или применением специализированных микросхем, или сделав так, чтобы не было сильной акустической обратной связи в петле. Если это "нечто вроде домофона" и с одной тороны телефонная трубка со слабой акустической связью - вполне реально.

[MiklPolikov]

Из даташита на AD828, первого, что нашел. И у Burr-Brown найдется решение. Ищите.

Эта схема идейно ни чем не отличается, только там весь сигнал микрофона будет слышен из динамика который рядом.

Схема плоха тем, что она фактически однопроводная. Не зря снизу нарисовано заземление. Действительно, нижний провод должен быть соединен с землями источников питания, чтобы схема работала. Со всеми вытекающими последствиями, вроде чувствительности такой линии к помехам.

Сделайте то же самое, только в виде дифференциальной схемы.

Отличная идея !
А Вы думаете амплитуда помехи будет существенной , при длине витой пары 300м и амплитуде сигнала 2В ?

С возбуждением из-за акустического эха можно побороться или применением специализированных микросхем, или сделав так, чтобы не было сильной акустической обратной связи в петле. Если это "нечто вроде домофона" и с одной тороны телефонная трубка со слабой акустической связью - вполне реально.

Так и буду бороться с возбуждениями . Разнесу микрофон и динамик на 20 см, поиграю полярностью включения динамика, обрежу фильтрами все частоты выше 4КГц, всё равно не нужны.


Что получилось расскажу в конце следующей недели.

[Oldring]

А Вы думаете амплитуда помехи будет существенной , при длине витой пары 300м и амплитуде сигнала 2В ?

Думаю что может быть и заметной. Это еще не километры, но уже и не мало. И не забудьте про гальваническую развязку хотя бы с одной стороны. И про защиту. Вообще, посмотрите на решения телефонии. Возможно, вам с одной стороны питание будет лишним.

[ViKo]

Эта схема идейно ни чем не отличается, только там весь сигнал микрофона будет слышен из динамика который рядом.

Не будет. Теоретически, совсем ничего не будет слышно.

[VCO]

Честное слово, так и не понял, что обсуждается: схема или проблема эха? О схеме помолчу, а с проблемой эха можно немножко побороться диаграммами направленности динамика и микрофона.

[MaslovVG]

В телефонии это решается в устройсвах согласования 4-х и двупроводных систем, и так называемых противоместных схемах.
По сути это мост в одну диагональ которого включается приемный тракт в другую передающий. (крест на крест) Двухпроводная линия связи является одним из плеч этого моста. Акустическая обратная связь обеспечивается соответствующей геометрией аккустики, конструкцией трубки. Выбором громкости и чуствительности микрофона.

[АНТОН КОЗЛОВ]

В "Искусстве схемотехники" используют для этого довольно несложные устройства на ОУ - устройства с отрицательным входным сопротивлением. Классика. Особенно хорошо иммитируются большие индуктивности.

[MiklPolikov]

Сделал по схеме, которую предложил ViKo
Использовав дифференциальную линию, как предложил Oldring.
Заработало.
На линии напряжение 6В , операционники LM324 раскачивают сигнал от 5 до 7 В , а дальше сигнал обрезается. Почему они так работают не могу понять. Это не сильно мешает.


Для проверки использую RC ячейку, моделирующую 200 м витой пары.

Из-за дисбаланса моста возникают проблемы , но они легко решаются :
1) Самовозбуждение на дальнем конце между динамиком и микрофоном. Высокочастотный свист в динамике. Решается подавлением высоких частот большим конденсатором С9 на микрофоне.
2) Эхо на ближнем конце линии. Человек слышит из динамика всё что сказал в микрофон. Решается изменением отношения сигнал динамика/сигнал микрофона в линии.
Коэффициент усиления микрофонного тракта на дальнем конце увеличивается, коэффициент ослабления делителя R14 R15
перед линейным выходом то же увеличивается, и эхо почти пропадает. (На дальнем конце эха нет)


Скоро испытания на витой паре, питание на дальний конец будет идти с ближнего в этой же витой паре.

Вопрос :
Если работает с RC ячейкой , но и с витой парой будет ? Или есть принципиальная разница ?
Есть ли принципиальная разница между смотанной и размотанной бобиной витой пары ?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Oldring]

2) Эхо на ближнем конце линии. Человек слышит из динамика всё что сказал в микрофон. Решается изменением отношения сигнал динамика/сигнал микрофона в линии.

Это просто говорит о том, что ваша схема где-то неправильная. Ток в линии - это сумма разность токов двух волн, уходящей в линию со своего микрофона и приходящей из линии с противоположной стороны. На динамик нужно подавать только приходящую из линии волну. У вас импеданс линиейного порта 200 ом, соответственно, схема получения сигнала для динамика должна при нагрузке на этот импеданс блокировать полностью сигнал со своего микрофона. Точнее, при нагрузке на импеданс, получаемый подключением парного импеданса линейного порта с другой стороны от эквивалента линии, но это уже блохи.

Если работает с RC ячейкой , но и с витой парой будет ? Или есть принципиальная разница ?
Есть ли принципиальная разница между смотанной и размотанной бобиной витой пары ?

Если емкость и сопротивление соответствуют реальной линии - то принципиальной разницы для звукового диапазона частот и длины в 300 метров нет.
Бобину можно не разматывать.

[ViKo]

Сделал по схеме, которую предложил ViKo
Из-за дисбаланса моста возникают проблемы , но они легко решаются:

Вам проще все проверить в Spice. Значения резисторов там выбраны не "от балды".

[alexf]

Любопытный был спор: Dr. House vs. God. По крайней мере для меня так соответствующие аватары выглядели

Одно небольшое добавление. У телефонного провода волновое сопротивление совсем не 600 ом. На эту цифру была расчитана телефонная аппаратура когда телефонные провода висели на столбах на заметном расстоянии один от другого. А когда телефонные провода стали в одном кабеле класть под землю, 600 ом не стало. И пришлось закапывать нагрузочные катушки для согласования. А потом из-за ISDN и прочего не голоса откапывать обратно...

[Oldring]

Одно небольшое добавление. У телефонного провода волновое сопротивление совсем не 600 ом. На эту цифру была расчитана телефонная аппаратура когда телефонные провода висели на столбах на заметном расстоянии один от другого. А когда телефонные провода стали в одном кабеле класть под землю, 600 ом не стало. И пришлось закапывать нагрузочные катушки для согласования. А потом из-за ISDN и прочего не голоса откапывать обратно...

Тем не менее при расчете гибридов аналоговой телефонии сейчас чаще всего используется стандартный характеристический импеданс линии 600 ом. Который примерно равен 600 омам в реальности, когда подключают 600-омный гибрид с другой стороны через достаточно короткую линию с низким волновым сопротивлением.

[MiklPolikov]

У вас импеданс линиейного порта 200 ом, соответственно, схема получения сигнала для динамика должна при нагрузке на этот импеданс блокировать полностью сигнал со своего микрофона. Точнее, при нагрузке на импеданс, получаемый подключением парного импеданса линейного порта с другой стороны от эквивалента линии, но это уже блохи.

Так она и блокирует, если убрать RC ячейку и соединить устройства короткими проводами всё идеально.
Дело в дисбалансе моста.

Наверно решение в том что бы работающие на линию операционники были не источниками напряжения а источниками тока. Тогда амплитуда напряжения микрофона на резисторах, с
которых снимается сигнал для динамика не зависила бы от линии, и это напряжение можно было бы из динамика вычитать.

[Oldring]

Наверно решение в том что бы работающие на линию операционники были не источниками напряжения а источниками тока. Тогда амплитуда напряжения микрофона на резисторах, с
которых снимается сигнал для динамика не зависила бы от линии, и это напряжение можно было бы из динамика вычитать.

Нет, не поможет. Всё равно от реального получающегося импеданса вашей линии будет отражаться -12.5 dB на 4 кГц. И больше на более высоких частотах. Это, действительно, будет слышно как высокочастотное эхо в динамике.

В общем, вам нужно сделать две вещи. Ограничить спектр сигнала фильтрами и попытаться согласовать гибрид с реальным импедансом линии. Линии могут быть произвольными, или это одно устройство с одной линией, параметры которой вы можете промерить?

Считается это следующим образом. Импеданс гибрида у вас Z0=200 Ом. Импеданс линии, по своему эквиваленту вместе с подключенным вторым гибридом с импедансом Z0, вы посчитать сможете, надеюсь, в зависимости от частоты. Коэффициент отражении от такой линии равен 20*log10(abs((ZL-Z0)/(Z+Z0))). Этот отраженный сигнал неотличим от сигнала, приходящего с другой стороны. Поэтому единственный путь его уменьшеить - лучше согласовать гибрид с реальной линией.

[MiklPolikov]

Нет, не поможет. Всё равно от реального получающегося импеданса вашей линии будет отражаться -12.5 dB на 4 кГц. И больше на более высоких частотах. Это, действительно, будет слышно как высокочастотное эхо в динамике.

В общем, вам нужно сделать две вещи. Ограничить спектр сигнала фильтрами и попытаться согласовать гибрид с реальным импедансом линии. Линии могут быть произвольными, или это одно устройство с одной линией, параметры которой вы можете промерить?

Считается это следующим образом. Импеданс гибрида у вас Z0=200 Ом. Импеданс линии, по своему эквиваленту вместе с подключенным вторым гибридом с импедансом Z0, вы посчитать сможете, надеюсь, в зависимости от частоты. Коэффициент отражении от такой линии равен 20*log10(abs((ZL-Z0)/(Z+Z0))). Этот отраженный сигнал неотличим от сигнала, приходящего с другой стороны. Поэтому единственный путь его уменьшеить - лучше согласовать гибрид с реальной линией.

Линия всё время разная, 0-300м
Но телефон-то как-то работает ! И работал даже тогда когда не было никаких операционников.

[Oldring]

Линия всё время разная, 0-300м
Но телефон-то как-то работает ! И работал даже тогда когда не было никаких операционников.

В телефоне, во-первых, ближнее эхо не столь критично, потому что в трубке слабая акустическая связь между микрофоном и динамиком. Плюс к тому же человеку привычно слышать свой голос в трубке, поэтому сильное отражение при рассогласовании импедансов на работоспособность не влияет. В телефонии, наоборот, полное отсутствие эха вредно, потому что смущает человека.

Плюс упоминавшиеся ранее компенсационные катушки на достаточно длинных линиях.

Кроме того, в ряде стран, включая СССР, стандарты телефонии требовали согласования с комплексным характеристическим импедансом линии с некоторой емкостной составляющей. Идеально согласованный импеданс гибрида при этом должен быть немного индуктивным. При этом минимум эха от подобной линии будет при некоторой ненулевой длине реальной линии с распределенной емкостью, а при нулевой длине как и при максимальной отражения будут сильнее, чем в минимуме. Кстати, это вариант для вас: согласовать с некоторой линией средней длины и проверить, что при других длинах всё приемлемо.

Ну и, наконец, при использовании спикерфонов, где акустический сигнал излучается сильно усиленным, обычно требуются те или иные механизмы эхозаграждения.

И заметьте, что при междугородней связи с большими задержками без эхоподавителей разговаривать вообще очень сложно, так как довольно сильное эхо не маскируется голосом говорящего.

[AlexeyW]

Ну и, наконец, при использовании спикерфонов, где акустический сигнал излучается сильно усиленным, обычно требуются те или иные механизмы эхозаграждения.

Когда слегка пробовал разобраться с этим, мне показалось, что эта проблема там решается тривиальным принижением усиления во время звука на динамике - это вроде и на слух заметно. Какие механизмы есть еще? По идее, как в двухпроводной линии можно четко разделить сигналы, так и для акустической связи это возможно, но для этого нужно довольно точно знать ее АЧХ и ФЧХ.
Еще, кажется, в журнале "Радио" за примерно 88-91 годы была какая-то статья и схема, предназначенная для устранения данной проблемы - речь шла, правда, о сцене, но принципиальной разницы нет.

[Oldring]

Какие механизмы есть еще?

Адаптивные эхоподавители.

[AlexeyW]

Адаптивные эхоподавители.

То есть, они сами измеряют параметры акустической связи и подстраивают компенсацию (в идеале до полного разделения, как в электрической части телефонии)?

[Oldring]

То есть, они сами измеряют параметры акустической связи и подстраивают компенсацию (в идеале до полного разделения, как в электрической части телефонии)?

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%85%...%BD%D0%B8%D0%B5

[AlexeyW]

Спасибо!