Tài liệu 048_bài giảng thiết bị đầu cuối vi thị ngọc mĩ, 32 trang min

BÀI GIẢNG THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI Giảng viên: Vi Thị Ngọc Mĩ Thái Nguyên, năm 2012. 1 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI ÂM THANH 1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN. 1.1.1. Âm thanh. Sóng âm là sự biến đổi các tính chất của môi trường đàn hồi khi năng lượng âm truyền qua. Sóng âm có thể truyền trong vật chất thể rắn, lỏng, khí. Sóng âm không truyền được trong chân không. Âm thanh là các dao động cơ học của các phân tử, nguyên tử hay các hạt làm nên vật chất và lan truyền trong vật chất như các sóng. Cả tiếng ồn và âm nhạc đều là các âm thanh. Trong việc truyền tín hiệu bằng âm thanh, tiếng ồn là các dao động ngẫu nhiên không mang thông tin. Khi kích thích dao động âm trong môi trường thể khí thì những lớp bị nén và những lớp khí bị dãn được hình thành. Trạng thái nén và dãn lần lượt được lan truyền từ ngồn âm dưới dạng sóng dọc (phương dịch chuyển của dao động trùng với phương truyền âm). Sự biến đổi áp suất tổng xung quanh áp suất tĩnh bằng 1 lượng nhỏ p = P - P0 , biểu thị thanh áp. Đơn vị áp suất 1 pascal, viết tắt là Pa = N/m2 1 bar = 106 dyne/cm2 = 105Pa Ví dụ: áp suất tĩnh P0 của khí quyển ở điều kiện tiêu chuẩn xấp xỉ 1 bar = 10 6 thanh áp trung bình trong không khí. Lý thuyết sóng xác định đặc tính sóng âm bởi phương trình sóng: V2p = ∂2 p ∂2 p ∂2 p 1 ∂2 p + 2 + 2 = 2 2 ∂x ∂y ∂z c ∂t 2 Thanh áp p(x,y,z) là hàm cảu các biến không – thời gian. ∂2 p ∂2 p Trong trường hợp riêng, nếu ∂y 2 = 0 , ∂z 2 = 0 thì ta có sóng phẳng. Khi đó, x  nghiệm của phương trình sóng: p = f  t −  là hằng số khả vị của biến t, x xác định  c x c đơn trị theo giá trị pha t − , với đặc tính: 2 x + ∆x  x    f  ( t 0 + ∆t ) − 0  = f  t0 − 0  c  c    Do đó: ∆x =c ∆t C là tốc độ truyền năng lượng âm (gọi tắt là tốc độ âm). Cường độ âm I là công suất âm thông qua một đơn vị diện tích mặt sóng. Mật độ năng lượng âm ε là năng lượng âm trong một đơn vị thể tích trường âm. I = pv = εc. 1.1.2. Thính giác Thính giác là một trong năm giác quan. Đây là khả năng tiếp thu âm thanh bằng cách phát hiện các dao động qua một cơ quan như tai. Ở con người và các động vật có xương sống khác, việc nghe được thực hiện chủ yếu bởi thính giác: các dao động được tai phát hiện và chuyển thành các xung thần kinh mà bộ não thu nhận Không phải mỗi loài động vật đều nghe được tát cả các loại âm thanh. Mỗi loài có một khoảng nghe được có độ to (cường độ) và độ cao (tần số) cảu âm thanh. a. Cảm thụ về tần số. Dải tần 16 ÷ 20.000 Hz là phạm vi tần số âm mà tai người có thể cảm thụ được, gọi là âm tần. dưới 16 Hz là hạ âm. Trên 20kHz là siêu âm. Cảm thụ về tần số âm, thể hiện “độ cao” của âm. Khi tăng liên tiếp tần số thì tai người cảm thụ thấy bậc biến thiên bằng nhau về độ cao âm. Trong âm học, người ta thường dùng đơn vị Octave (oct). Số oct tương ứng với tần số fn được xác định như sau: n = log 2 fn f ≈ 3.34 lg n f0 f0 Trong đó fn là tần số đo f0 là tần số chuẩn. Vậy 1oct tương ứng với biến thiên gấp 2 lần so với tần số chuẩn f 0. Khoảng âm tần chiếm 10 oct. Cực tiểu biến thiên tương đối của tần số mà tai người nhậ ra được gọi là ngưỡng vi phân của độ thính giác theo tần số. Ngưỡng này phụ thuộc vào giá trị khởi đầu của tần số, cũng phụ thuộc vào biên độ và tốc độ di tần. Vậy sự cảm thụ về tần số âm gần với quy luật log2 theo tần số. b. Cảm thụ về biên độ. Cảm thụ về biên độ âm thể hiện “độ to” của âm, thường gọi là âm lượng. Âm lượng không chỉ phụ thuộc vào biên độ âm mà còn phụ thuộc vào tần số và hàng loạt yếu tố khác. Ví dụ, khi tác động lâu một âm thanh biên độ không đổi thì âm lượng giảm đi. 3 - Ngưỡng nghe được: là mức thanh áp nhỏ nhất của âm đơn mà tai người còn cảm thụ được, nó là mức chuyển từ trạng thái nghe thấy sang trạng thái không nghe thấy và ngược lại. Ngưỡng nghe được phụ thuộc tần số, lứa tuổi người nghe, biện pháp bố trí nguồn âm,... Thanh áp hiệu dụng của dao động điều hòa 1000 Hz bằng 2.10 -5 N/m2 gọi là ngưỡng nghe được tiêu chuẩn. - Ngưỡng chói tai: là mức thanh áp lớn nhất mà tai người còn chịu đựng được, là mức giới hạn khả năng chịu đựng của tai người, nếu vượt qua ngưỡng này thính giác sẽ bị tổn thương hoặc có thể không phục hồi lại được. Ngưỡng chói tai phụ thuộc tần số (nhưng ít phụ thuộc hơn so với ngưỡng nghe được). Thanh áp hiệu dụng của dao động điều hòa 1000 Hz bằng 20 N/m2 gọi là ngưỡng chói tai tiêu chuẩn. Cực tiểu biến thiên âm lượng mà tai người nhận ra được gọi là ngưỡng vi phân của độ thính giác theo biên độ. Nghĩa là âm lượng biểu thị tính chất “lượng tử” của thính giác. Với âm lượng bé gần ngưỡng nghe được thì ngưỡng ΔN chừng vài dB. Còn âm lượng trung bình ΔN = 0.4 dB. c. Các đặc điểm thời gian và không gian của thính giác. Quán tính của thính giác: Hưởng ứng của thính giác đối với tác động của âm không phải ngay tức thì, mà có trễ. Sau khi âm bắt đầu chừng 200 ms thính giác mới xác định được âm lượng của nó. Khi âm ngừng, cảm giác thấy âm đó còn kéo dài thêm 150 ÷ 200 ms. Thính giác không phân biệt khoảng ngừng bé hơn 50 ms giữa 2 âm giống nhau đi liền nhau. Điều này dẫn đến hiện tượng che lấp về thời gian. Phải qua thời gian tác động của âm cỡ vài chu kỳ thì thính giác nới xác định độ cao âm. Hiệu ứng hai tai: Hai tai của người cách nhau khoảng cách bằng sóng âm 2000 Hz. Do lệch pha, do nhiễu xạ và che chắn bởi đầu người, vành tai nên sóng âm từ một nguồn đến hai tai có khác nhau; kết quả là con người có khả năng định hướng nguồn âm với sai số 30 ÷ 40 (nếu nguồn âm không quá lệch về phía bên). Hiệu ứng stereo: Khác với hiệu ứng hai tai, trong đó nêu đặc điểm cảm thụ âm đối với một nguồn âm, hiệu ứng stereo là sự cảm thụ bằng hai tai đối với hai (hoặc nhiều) nguồn âm thanh tương quan. Sự truyền thụ của nhiều nguồn âm một lúc có sự tương quan tạo nên hiệu ứng stereo. Vì vậy, so với truyền đạt của mono, cách truyền đạt của stereo sẽ cho cảm giác âm thanh tốt hơn. 1.2. TIẾNG NÓI 1.2.1. Khái niệm Tiếng nói được cơ qua phát âm của con người tạo ra nhằm mục đích thông tin. Tiếng nói tương tự như âm thanh nhưng nó chỉ chiếm 1 dải hẹp hơn các giá trị của đại 4 lượng vật lý (tần số, cường độ âm). Nó là công cụ và sản phẩm của tư duy nên có lượng tin tức rất lớn và độ trừu tượng cảm nhận rất cao. Chữ viết tạo ra biểu tượng thị giác cụ thể tương ứng với tiếng nói, vì vậy có thể chuyển đổi qua lại giữa tiếng nói và chữ viết. 1.2.2. Phân loại Tiếng nói được phân loại thô thành âm hữu thanh và âm vô thanh. Âm hữu thanh: luồng không khí từ phổi làm thanh đới dao động, phát ra những xung âm thanh (đưa ra thanh quản) có tần số f 0, gọi là tần số âm cơ bản. Phạm vi f0 từ 70 Hz đến 450 Hz, trung bình f 0 của nam giới là 150 Hz, của nữ giới là 250 Hz. Đường bao phổ của những xung âm cơ bản có độ dốc giảm dần về phía tần số cao khoảng 6 dB/1 oct. Âm vô thanh: có bản chất tạp âm, kết quả của sự phụt hơi qua các khe trong khoang miệng (môi, mũi, răng, lợi). Khoang miệng là một hệ thống bộ lọc âm phức tạp với hàng loạt hốc cộng hưởng, mà tần số cộng hưởng thay đổi được nhờ con người điều khiển tinh vi rất nhiều cơ quan trong miệng. Khi xét đặc điểm phổ của một ngôn ngữ, người ta thấy có một số xác định những mẫu âm nguyên tố, gọi là phonem. Đường bao phổ của mỗi phonem có dạng xác định với một số xác định các cự đại (phoman) và các cực tiểu (antiphoman). Dải tần tiêu chuẩn của tín hiệu thoại là 300 Hz đến 3400 Hz. 1.3. SƠ ĐỒ KHỐI THIẾT BỊ NHẬN DẠNG TIẾNG NÓI Bản thân tiếng nói là tín hiệu tương tự, chúng sẽ thực hiện việc số hóa để biến thành những tín hiệu số và được xử lý. Mục đích của việc xử lý là đảm bảo độ chính xác trong quá trình phân tích hay tự tổng hợp tiếng nói, việc phân tích (nhận dạng) tiếng nói là việc phân tích tiếng nói để xác định ra nội dung thông báo hàm chứa trong tiếng nói để làm sao một hệ thống hay một thiết bị có thể đáp ứng chính xác mệnh lệnh dạng tiếng nói, tùy theo các mục đích khác nhau. Đây là một công việc rất khó khăn vì sự không đồng nhất, sự phức tạp của tiếng nói, vốn từ, sự nhầm lẫn giữa các từ, tạp âm, méo, các giọng nói, độ phát âm, và sự luyến láy trong quá trình nói. Dưới đây là sơ đồ khối trình bày cấu trúc tổng thể của thiết bị nhận dạng tiếng nói có huấn luyện. 5 Hình 1.1 Sơ đồ khối thiết bị nhận dạng tiếng nói Quá trình nhận dạng tiếng nói được chia làm hai giai đoạn: +Giai đoạn huấn luyện: Tạo ra các mẫu của các từ cần nhận dạng và được lưu trong bộ nhớ chứa các từ cần nhận dạng. +Giai đoạn nhận dạng: Đưa ra các mẫu đem so sánh với các mẫu được tạo ra ở giai đoạn huấn luyện thông qua bộ đánh giá độ tương quan và kết hợp với các khối niêm luật, cú pháp, ngữ nghĩa và phân tích thực tiễn để đưa ra được từ cần nhận dạng. - Tách biên: Vì thiết bị nhận dạng từng từ nên cần xác định ranh giới của những từ trong một câu được phát đi. Có nhiều phương pháp tách biên được đề xuất, thông thường sử dụng các thuật toán so sánh mức ngưỡng năng lượng, biên của từ là điểm tín hiệu tiếng nói đạt được ở mức ngưỡng. Khoảng lặng giữa các từ là thời gian tín hiệu ở dưới ngưỡng. Tách đặc trưng: Đây là một khối rất quan trọng, để tách ra những đặc trưng của các mẫu tiếng nói, chẳng hạn dạng phổ của một từ hoặc tần số cộng hưởng… Bộ phận chuẩn hóa: Làm cho các từ được phát âm trong những hoàn cảnh khác nhau trở thành giống nhau để nó nhận dạng đúng. Sau khi chuẩn hóa xong được lưu vào bộ nhớ các từ vựng. 6 Niêm luật, cú pháp, ngữ nghĩa được bổ xung vào phần nhận dạng giúp phát triển phân tích, chính xác, phù hợp với thực tiễn, ngữ cảnh nhằm đưa ra những đáp ứng chính xác cho hệ thống. Đánh giá độ tương quan: So sánh các mẫu của từ cần nhận dạng với các mẫu từ có sẵn để đưa ra được đó là từ nào. 1.4. NGUYÊN LÝ BIẾN ĐỔI THUẬN NGHỊCH ÂM THANH – TÍN HIỆU ĐIỆN 1.4.1. Nguyên lý biến đổi thuận nghịch âm thanh – tín hiệu điện - Nguyên lý chuyển từ âm thanh sang tín hiệu điện: Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, đầu vào là nguồn âm thanh tác động, đầu ra là tín hiệu điện âm tần - Nguyên lý biến đổi từ tín hiệu điện sang tín hiệu âm thanh: Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, đầu vào là tín hiệu điện âm tần, đầu ra là tín hiệu âm thanh. Micro và loa là thiết bị đầu cuối âm thanh được sử dụng trong nhiều hệ thống thông tin. Trong micro xảy ra biến đổi âm thanh thành tín hiệu điện. Trong loa xảy ra biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu âm thanh. 1.4.2. Các tham số kỹ thuật của micro và loa a. Micro - Độ nhạy hướng trục: η 0 = U ra P0 Trong đó Ura là điện áp lối ra P0 là thanh áp tại vị trí đặt micro - Đặc tuyến hướng H(θ) là tỷ số giữa độ nhạy hướng θ với độ nhạy hướng trục. H (θ ) = ηθ η0 θ là góc lệch giữa hướng truyền âm so với hướng trục âm của micro. H(θ) phụ thuộc vào kết cấu màng micro. - Dải tần số làm việc càng rộng thì âm thanh càng tốt. Đặc tính biên độ phải đồng đều trong cả dải tần. b. Loa - Độ nhạy hướng trục: η 0 = P0 P Trong đó P0 là thanh áp do lao tạo ra tại 1 điểm trên trục âm P là công suất đưa vào loa. 7 - Hiệu suất loa: λ = Pa với Pa là công suất âm bức xạ. P - Đặc tính tần số là các quan hệ η0 (ω), λ(ω) . - Công suất danh định là điện áp của tín hiệu cung cấp cho loa mà loa vẫn đảm bảo những chỉ tiêu kỹ thuật cho trước. - Điện áp danh định là điện áp của tín hiệu cung cấp cho loa đạt được công suất điện danh định. - Đặc tính hướng H (θ ) = Pθ P0 Với Pθ là thanh áp trên hướng lệch góc θ so với hướng trục âm của loa. 1.5. MICRO VÀ LOA ĐIỆN ĐỘNG 1.5.1 Nguyên lý Hình 1.2 Mô hình hệ điện động. - Khi ta cho dòng điện I chạy trong sợi dây thì dưới tác động của từ trường sợi dây bị dịch chuyển. Hướng dịch chuyển của sợi dây phụ thuộc vào chiều của dòng điện (biến đổi điện – cơ). - Khi không cho dòng điện qua, nếu tác động vào sợi dây 1 lực làm cho dịch chuyển với tốc đô v thì dưới tác động của từ trường, trong sợi dây có dòng điện cảm ứng và chiều của dòng điện phụ thuộc vào hướng dịch chuyển của sợi dây (biến đổi cơ – điện). 1.5.2 Micro - Cấu tạo: +Một nam châm vĩnh cửu và mạch dẫn từ với khe từ hình xuyến. + Một cuộn dây gồm nhiều vòng dây được căng ra bởi lưới đàn hồi để có thể dịch chuyển lên xuống tự do trong khe từ. 8 + Màng micro được gắn với cuộn dây, bên ngoài có màng vải thấm nước, lưới bảo vệ tránh va đập. Hình 1.3: micro điện động. - Nguyên lý hoạt động: Tác động của âm thanh làm cho màng micro dịch chuyển kéo theo cuộn dây dịch chuyển trong khe từ. Do tác động của từ trường trong cuộn dây có dòng cảm ứng và hai đầu cuộn dây có điện áp. Tín hiệu âm thanh có 1 tần số nhất định làm cuộn dây dịch chuyển với tần số ấy. Đầu ra của micro sẽ có điện áp xoay chiều tần số đúng bằng tần số âm thanh gọi là âm tần. - Ưu, nhược điểm: + Ưu điểm: Độ trung thực cao. Cấu tạo đơn giản, dễ hiểu dễ sử dụng. Chất lượng tốt, được dùng phổ biến +Nhược điểm : Chịu chấn động kém. Hiệu suất thấp (0.5% đến 4%) 1.5.3 Loa - Cấu tạo: + Một nam châm vĩnh cửu và mạch dẫn từ với khe từ hình xuyến. + Một cuộn dây gắn với màng loa. + Màng loa có thể chuyển động. 9 Hình 1.4: Loa điện động Trong đó: a là nam châm mạng hình trụ tròn rỗng, b là cuộn dây động quấn trên một khoanh giấy, nằm trong khe từ hình nhẫn, c là trụ sắt non, tạo với nam châm một khe từ trường hình nhẫn khá mạnh, d là màng giấy (nón loa) gắn liền với cuộn dây và mạng trong, đ là sườn loa, e là mạng nhện, g là nếp nhăn của nón loa. - Nguyên tắc hoạt động: + Nếu đưa vào hai đầu cuộn dây một điện áp âm tần gồm 2 bán chu kì. Ở mỗi bán chu kì dòng điện trong cuộn dây chạy theo một chiều, cuộn dây dịch chuyển theo một hướng kéo theo màng loa dịch chuyển tạo ra âm thanh. Tần số của âm thanh đúng bằng tần số của tín hiệu điện. Tần số cộng hưởng cơ của hệ dao động là ω0 = 1 trong đó m và CM là mC M khối lượng và độ uốn của hệ dao động và liên kết đàn hồi (nếp nhăn, mạng nhện). ω0 được coi là giới hạn của dải tần số công tác. Để mở rộng khả năng phát âm trầm thường mong muốn tăng độ uốn CM đến tối đa. Đối với loa công suất lớn, vành loa phải làm càng to. Phổ biến nhất là vành loa có diện tích mặt cắt biến thiên theo quy luật hàm số mũ: S x = S1e mx m= 4πf c c S1 là diện tích lỗ cửa nối vào vành. m là chỉ số mở rộng vành. x là chiều dài vành loa (trên trục loa từ lỗ cửa). fc là tần số cắt (giới hạn dưới của dải tần). Do hạn chế riêng về cấu tạo, mỗi loại loa điện động theo nguyên lý sử dụng nam châm điện vĩnh cửu thường chỉ phát được âm thanh tốt nhất ở một dải tần nhất định nào đó mà không thể phát toàn dải âm nghe được (16 Hz đến 20.000 Hz). Như vậy, để có thể truyền tải âm thanh ở đủ mọi dải tần nghe được, một bộ loa cần sử dụng nhiều loa với đường kính và cấu tạo khác nhau (thông thường một thùng loa có chất lượng tốt thường bao gồm bốn đến năm loa, trong đó: một loa trầm, hai loa trung và một đến hai loa phát tần. Loa điện động được thiết kế khá đơn giản, dễ lắp đặt và chắc chắn. Loa điện động hoạt động rất linh hoạt, sử dụng tiện lợi, đặc biệt ở tần số thấp nhưng phiền toái ở chỗ nó cần phải có bộ phận phân tần và thùng phải lắp nhiều loa con. 10 1.6 MICRO VÀ LOA ĐIỆN TỪ 1.6.1 Nguyên lý. Hình 1.5: Mô hình hệ điện từ Bộ phận ứng (một phần tử khép kín mạch từ) ngăn cách với phần cố định của mạch từ bởi khe từ bề rộng a; bộ phận ứng có thể rung động tự do. Mạch dẫn từ thông do nam châm vĩnh cửu tạo ra và làm lõi dẫn từ của cuộn dây âm thanh. Cuộn này được cố định trên lõi mạch từ. 1.6.2. Micro Trong micro điện từ, dao động âm làm rung bộ phận ứng, khe từ có bề rộng thay đổi, làm từ trở biến thiên, trong từ thông xuất hiện thành phần biến thiên, kết quả cuộn dây âm thanh cảm ứng sức điện động âm tần. Từ trở mạch từ chủ yếu là do khe từ quyết định: RM ≈ a+x µ0 S Trong đó: x là độ dịch của phần ứng khỏi vị trí tĩnh do chịu tác động của thanh áp. S là diện tích mặt cắt mạch từ tại khe µ0 = 4π .10 −7 H / m Từ thông do nam châm tạo ra: φ= θ RM θ là sức từ động của nam châm vĩnh cửu. trong cuộn dây sẽ xuất hiện sức điện động cảm ứng: E = −W dφ θSWµ0 = v dt ( a + x) 2 W là số vòng dây của cuộn dây. Ta thấy giá trị E phụ thuộc cả vào x, nghĩa là tồn tại méo phi tuyến. muốn méo phi tuyến nhỏ thì x<< a. Vậy micro điện từ thường kém nhạy. 1.6.3. Loa Cấu tạo gồm: 11 Vẽ hình: Nam châm vĩnh cửu. Cuộn dây. Màng loa. Các miếng sắt non. Hình 1.6: Loa điện từ Trong đó: a là nam châm, b là cuộn dây, c là lưỡi gà, d là màng loa bằng giấy, đ là sườn loa, e là hai miếng sắt chữ U, f là các miếng sắt non, g là cần câu, một đầu gắn vào lưỡi gà, một đầu gắn vào chóp nón loa. • Nguyên tắc hoạt động: - Trong loa điện từ, dòng điện âm tần trong cuộn dây âm thanh tạo ra thành phần từ thông xoay chiều, tương ứng lực từ biến thiên gây ra sự dao động của phần ứng kích thích âm thanh. - Khi chưa có dòng điện âm tần chạy qua cuộn dây thì cuộn dây và lưỡi gà nằm trong một từ trường không đổi của nam châm. - Khi dòng diện âm tần chạy qua cuộn dây loa thì tạo nên từ trường biến đổi. Lưỡi gà nằm trong từ trường này, nên bị rung động theo tần số của dòng điện chạy qua cuộn dây. Hệ thống cần câu này truyền rung động này tới màng loa. Màng loa rung động và phát ra âm thanh. - Loa điện từ có cấu tạo đơn giản, nhưng chất lượng kém. - Loa điện từ có ứng dụng chủ yếu làm ống nghe điện thoại vì rẻ. 12 Các loa điện từ dùng trong truyền thanh. Hiện nay trên thế giới đã loại bỏ loa này và trên mạng lưới truyền thanh ở nước ta, nó cũng dần dần bị thay thế bằng loa điện động. 1.7. MICRO VÀ LOA TĨNH ĐIỆN Hình 1.7: Mô hình hệ tĩnh điện Nguyên lý: Tấm động dao động tự do làm thành với tấm cố định một tụ điện. Trong micro tụ điện, nếu tấm động chịu tác động của thanh áp điều hòa, thì dao động: x = x m e jωt Tương ứng, điện dung tụ điện bao gồm thành phần biến thiên: C= ε0S a+x Trong đó ε0 là hằng số điện môi S là diện tích tấm tụ A là khoảng cách tinhc giữa hai tấm tụ. Trong loa tụ điện: ta có cấu tạo gồm: - Một điện áp định thiên U0. - Một tụ tĩnh điện gồm hai tấm kim loại, một tấm cố định và một tấm động. 13 Hình 1.8: Loa tĩnh điện • Nguyên tắc hoạt động: - Trong loa tĩnh điện âm thanh được tạo ra bằng cách làm rung một tấm màng lớn và mỏng được treo giữa hai tấm điện cực cố định. Điện từ nguồn điện chính được chạy qua những tấm điện cực này, tạo nên một trường tĩnh điện với một mặt âm và một mặt dương. Khi tín hiệu âm thanh (dưới dạng các tín hiệu điện tử) chạy qua tấm màng loa, tấm màng này được đổi cực liên tục. Khi nhiễm điện dương, tấm màng sẽ bị hút về phía cực âm của trường tĩnh điện, khi bị nhiễm điện âm, nó lại bị hút về cực dương. - Bằng cách này, tấm màng sẽ chuyển động kéo/đẩy liên tục giữa hai cực, khiến cho không khí xung quanh bị rung động, từ đó tạo ra âm thanh. - Loa tĩnh điện không có tổn hao nhiệt, không có tổn hao dòng điện xoáy, không có tổn hao từ nên hiệu suất cao - Loa tĩnh điện có đặc tính tần số khá bằng phẳng. - Giới hạn trên của dải tần làm việc rất cao - Loa tĩnh điện có công suất nhỏ, phải có nguồn định thiên nên việc bố trí trong phòng không được linh động, phải phối hợp trở kháng bằng biến áp. 14 CHƯƠNG 2: MODEM 2.1. GIỚI THIỆU 2.1.1 Khái niệm Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nhu cầu con người muốn chia sẻ thông tin ngày càng lớn. Bên cạnh đó người ta muốn tận dụng, khai thác hạ tầng của mạng viễn thông để phục vụ cho quá trình truyền thông. Chính vì vậy người ta xây dựng các phân hệ để cho phép xây dựng mạng internet phát triển trên nền mạng viễn thông qua các băng tần khác nhau trên dải tần của mạng viễn thông. Chính vì vậy để tận dụng truyền dẫn người trên mạng viễn thông, một thiết bị trung gian giữa đường điện thoại và máy tính ra đời. Đó chính là modem. Modem (Modulation and Demodulation) là thiết bị có hai chức năng là điều chế và giải điều chế. Đây là thiết bị trung gian để kết nối máy tính và đường điện thoại để biến đổi tín hiệu số từ máy tính thành tín hiệu tương tự trên đường truyền thoại và biến đổi tín hiệu tương tự từ đường truyền thoại thành tín hiệu số để máy tính có thể xử lí công việc tiếp theo. 2.1.2. Phân loại a. Theo tầm hoạt động: + Modem tầm ngắn. + Modem đặc chủng VG. + Modem băng rộng tầm xa. b. Theo loại đường dây: + Đường thuê riêng. + Đường quay số. c. Theo chế độ hoạt động: + Modem bán song công. + Modem song công. + Modem đơn công. d. Theo sự đồng bộ: + Modem không đồng bộ. + Modem đồng bộ. e. Theo phương pháp điều chế: + Điều chế tương tự: AM, FM, PM. + Điều chế số: ASK, FSK, PSK, ASK coherent PSK. f. Theo tốc độ: Căn cứ vào tốc độ làm việc của modem ta có các loại modem như: modem 2400, modem 9600, modem V.34, modem 56k… g. Theo kỹ thuật truyền dẫn: + Truyền dẫn bằng sợi quang hay không phải sợi quang. + Truyền dẫn đồng bộ hay không đồng bộ. + Truyền dẫn tương tự hay đường thuê bao số. 15 2.2 GIAO THỨC VÀ CHUẨN ĐIỀU CHẾ 2.2.1. Giao thức Modem a. Khái niệm: Giao thức của modem là 1 phương pháp bao gồm những thủ tục chức năng mà qua đó hai modem thống nhất thông tin liên lạc với nhau. Có thể xem giao thức như 1 ngôn ngữ chung cho cả hai thiết bị. b. Các chức năng của giao thức • Quá trình “FALL BACK” trong modem: - Khi tiến hành 1 cuộc gọi, modem gọi sẽ gửi 1 âm hiệu theo 1 phương thức điều chế đã chọn (việc chọn và gửi đi là tự động). - Nếu modem bị gọi được hỗ trợ phương pháp điều chế tương tự thì kết nối sẽ được thực hiện ngay. Nếu không, các modem nỗ lực quay lui trở lại các phương pháp điều chế có tốc độ thấp hơn. Phương pháp đầu tiên mà cả 2 modem đều có trong quá trình quay lui sẽ là phương pháp dùng cho kết nối. • Quá trình “RETRAINING” ở trong modem: - Trong khi đang thực hiện kết nối, cũng có trường hợp 2 modem thay đổi tốc độ làm việc do đường dây bị xuyên nhiễu. - Khi 1 trong 2 modem phát hiện ra điều này, nó sẽ tiến hành đàm phán trở lại – Thao tác này gọi là “RETRAINING”. - Khi thực hiện thao tác này, kết nối sẽ bị treo trong vài giây nhưng không bị cắt. “RETRAINING” chỉ được thực hiện khi cả 2 modem đều có chức năng này • Quá trình “FLOW CONTROL” trong modem: - Trong quá trình truyền và nhận dữ liệu, vì một nguyên nhân nào đó mà bên thu không kịp nhận dữ liệu của bên phát, khi đó các dữ liệu truyền sau đó sẽ bị mất. - Điều khiển luồng có vai trò ngăn chặn những trường hợp này và điều tiết thao tác truyền và nhận dữ liệu giữa hai thiết bị bất kì. - Có 2 phương pháp điều khiển luồng: + Điều khiển luồng bằng phần cứng RTS/CTS + Điều khiển luồng bằng phần mềm Xon/Xoff. d. Các giao thức truyền tập tin Các giao thức truyền tập tin là định chuẩn để truyền không lỗi các tập tin dữ liệu và chương trình giữa các máy tính. Các giao thức này chỉ trở nên hoạt động nhờ 16 chạy chương trình truyền thông, nó có thể tiến hành kiểm tra và sửa chữa lỗi khi nạp lên hoặc tải xuống các tập tin. Các giao thức truyền tập tin được dùng phổ biến gồm có: • Giao thức XMODEM XMODEM là một giao thức cho phép hai máy tính có thể truyền các tập tin cho nhau qua modem một cách tin cậy bằng truy cập gọi số. XMODEM là một giao thức ARQ gửi và đợi đơn giản, sử dụng trường dữ liệu có độ dài cố định. Trong các gói dữ liệu có một byte tổng kiểm tra (Check sum) để phát hiện lỗi. Nhiệm vụ đầu tiên trong bất cứ giao thức truyền tập tin nào cũng phải là thiết lập mối liên kết giữa phía gửi và phía nhận. Giao thức XMODEM thuộc dạng giao thức điều khiển từ phía nhận (Receiver driven), tức là phía nhận chịu trách nhiệm kích thích và duy trì truyền thông các gói dữ liệu. • Giao thức XMODEM CRC Giao thức XMODEM chỉ dùng một byte CheckSum để phát hiện lỗi do đó còn để sót rất nhều lỗi. Ðể tăng khả năng phát hiện lỗi, người ta đã thay một byte CheckSum bằng hai byte kiểm tra CRC. Giao thức XMODEM CRC sử dụng thuật toán tính CRC thuận (Không đảo chiều các bit) và sử dụng đa thức sinh x 16+x12+x5+1 của CCITT. Số dư (CRC) được tạo ra là một số nguyên 16 bits, khi truyền đi byte cao được truyền trước, byte thấp truyền sau. • Giao thức Kermit Ta thấy rằng, giao thức XMODEM và XMODEM CRC chỉ được thiết kế để truyền mỗi lần một tập tin giữa hai máy vi tính và hoạt động trên các hệ điều hành đơn nhiệm, nơi mà một chương trình khi chạy sẽ nắm quyền điều khiển một cách tuyệt đối, có quyền sử dụng toàn bộ tài nguyên của hệ thống. Giao thức Kermit được thiết kế để các máy tính lớn và các máy vi tính có thể trao đổi dữ liệu với nhau bằng truy cập gọi số, trên cơ sở giải quyết những trục trặc xuất hiện khi một trong những máy tính nối ghép sử dụng mã 7 bits (Vốn rất phổ biến đối với các máy tính lớn), trong khi các máy vi tính thường sử dụng các tập tin kí tự phát triển. Về cơ bản, giao thức Kermit vẫn là một giao thức ARQ gửi và đợi: Phía gửi truyền đi một gói dữ liệu sau đó đợi phía nhận xác nhận gói đó. Phía nhận có thể yêu cầu truyền gói tiếp theo bằng cách phúc đáp ACK hoặc yêu cầu truyền lại bằng cách gửi phúc đáp NAK. Các đặc điểm mới của giao thức Kermit là: - Phía nhận giám sát toàn bộ quá trình truyền để xác định thời điểm bắt đầu tập tin mới vì trong giao thức Kermit cho phép truyền nhiều tập tin trong một lần truyền. - Ðộ dài của gói có thể biến động. - Trong giao thức Kermit có đưa ra một giả thiết là các kí tự in được trong bảng ASCII (Có mã từ 20h đến 7Eh) phải truyền được qua kênh. - Giao thức Kermit sử dụng nhiều loại gói khác nhau - Các phúc đáp của phía nhận phải bao gồm trọn một gói, mặc dù các gói này có thể là rỗng (Trong giao thức XMODEM phúc đáp là các kí tự) - Tên tập tin được chứa luôn trong giao thức 17 - Do có sử dụng các gói "báo trước" nên giao thức Kermit rất linh động, các đặc điểm và khả năng mới có thể được dễ dàng thêm vào mà vẫn giữ được tính tương thích với các phiên bản trước. • Giao thức liên kết cục bộ (Local Link Protocol) Các giao thức được xét đến ở trên thuộc loại giao thức End to end. Sở dĩ có tên gọi như vậy là vì nó yêu cầu việc sửa lỗi và phát hiện lỗi phải có từ đầu đến cuối (Từ khi đọc đĩa của phía gửi đến khi ghi xuống đĩa của phía nhận), điều này đảm bảo rằng bất kì lỗi nào xẩy ra giữa phía phát và phía nhận đều bị phát hiện. Trong một số trường hợp, việc thực hiện kiểm tra lỗi này là không cần thiết nếu trong đường truyền dữ liệu không bị lỗi hoặc chỉ bị ảnh hưởng của một loại lỗi đã biết thì ta có thể đơn giản hoá bớt các thủ tục chống lỗi. Giao thức liên kết cục bộ được thiết kế cho các trường hợp như vậy. Giao thức liên kết cục bộ cho phép xác định được byte dữ liệu có bị mất không, nếu có thì sẽ yêu cầu truyền lại. Các gói dữ liệu bao gồm một byte chứa chiều dài gói (LEN), các byte dữ liệu có chiều dài từ 0 đến 254 và kết thúc gói là byte EOP. Lúc bắt đầu, phía gửi phát byte LEN đến khi phía nhận phúc đáp Ack, tiếp theo, phía gửi truyền phần còn lại của gói dữ liệu. Nếu phía nhận nhận được gói có số byte đúng bằng LEN và kí tự EOP là đúng, nó sẽ gửi NAK để xác nhận gói dữ liệu vừa truyền, trái lại, phía nhận sẽ gửi NAK để yêu cầu phía gửi phát lại phần dữ liệu bị lỗi (Không phát lại byte LEN). Việc sử dụng byte EOP (Mã ASCII là17h) để đánh dấu cuối gói chỉ ra rằng giao thức sẽ hoạt động như mô tả ở trên. Ðể cải thiện tính năng làm việc, người ta sử dụng byte SOH (Mã ASCII là 01h) để đánh dấu kết thúc gói thay cho byte EOP để chỉ ra rằng gói tiếp theo sẽ có cùng độ dài như gói vừa được nhận, vì thế không cần thiết phải có sự "bắt tay" cho byte LEN. 2.2.2. Chuẩn điều chế Để liên lạc được với nhau thì 2 modem phải được hỗ trợ cùng 1 phương pháp điều chế. Các modem thông tin với nhau dùng 1 phương pháp điều chế nào đó, phương pháp điều chế sẽ thông dịch dữ liệu số của máy tính sang tín hiệu tương tự của đường dây và ngược lại. Các phương pháp điều chế thông dụng nhất bao gồm: Điều chế/ chuẩn Tốc độ kết nối (bps) Bell 103 110, 150, 300 CCITT V.21 110, 150, 300 Bell 212A 1200 CCITT V.22 1200, 600 CCITT V.22bis 2400 CCITT V.23 Được dùng ở châu Âu, tốc độ 75 CCITT V.29 Chuẩn bán song công, tốc độ 9600 CCITT V.32 9600, 4800, 2400 CCITT V.32bis 14400, 12000, 9600, 7200 Telebit PEP (Packet ensemble Các tốc độ cao, chuẩn riêng của Telebit protocol) US Robotics HST (High Speed Các tốc độ cao, chuẩn riêng của US Robotics Technology) V.terbo 20000, không phải là một chuẩn thực sự 18 V.32 fast V.FC ITU – tv34 • Tiền thân của V.34 Thuộc lớp V.fast 28800, 26400, 24000, 21600, 19200, 16800, 14400 2.3. CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG Các chế độ hoạt động của modem: Thông thường modem có 2 chế độ hoạt động cơ bản Chế độ lệnh: gọi là command mode cho phép người sử dụng gửi các lệnh từ bàn phím vào modem để yêu cầu modem thực hiện 1 công việc nào đó. Thông qua chế độ lệnh người dùng có thể tham khảo modem, cấu hình hoạt động cho nó, thực hiện các công tác kiểm thử bảo trì hệ thống. Chế độ dữ liệu: gọi là data mode cho phép người dùng trao đổi dữ liệu xuyên qua đường đến đầu xa. Trong chế độ dữ liệu có 2 chế độ làm việc đó là chế độ “hội thoại” và “truyền nhận tập tin”. + Chế độ “hội thoại” modem cho phép 2 thiết bị đầu cuối dữ liệu ở 2 đầu cầu nối có thể đàm thoại qua màn hình. Chế độ thông tin trên cầu nối qua modem là song công hoàn toàn. + Chế độ truyền nhận tập tin cho phép các đầu cuối truyền và nhận tập tin với nhau. Việc truyền nhận tập tin của modem có sự phối hợp các giao thức truyền (được sử dụng trong các phần mềm truyền số liệu được cài đặt trong các đẩu cuối dữ liệu hay máy tính). Chế độ thông tin trong truyền nhận tập tin là song công hay bán song công tùy thuộc vào giao thức đang sử dụng. Các giao thức truyền nhận tập tin bán song công: XMODEM, YMODEM, KERMIT. Chú ý: không thể gửi lệnh vào modem khi nó đang ở trong chế độ dữ liệu và tương tự, không thể gửi dữ liệu vào modem khi nó đang trong chế độ lệnh. Modem sẽ vào chế độ lệnh một cách tự động khi: + Khởi động modem. + Ấn một phím bất kỳ trên bàn phím khi modem đang quay số. + Reset modem. + Modem không nhận được tín hiệu sóng mang của máy khác do đường dây rớt mạch, bị nhiễu hay các trở ngại khác trong quá trình kết nối dữ liệu. 2.4. TẬP LỆNH Khi modem ở chế độ lệnh có thể dùng bàn phím để gửi lệnh vào cho modem. Các lệnh có thể là 1 lệnh riêng biệt hay là 1 dòng gồm nhiều lệnh. Dòng lệnh có số ký tự chứa trong đó không được quá 40. có thể chứa gạch nối và dấu ngoặc để dễ đọc. 1. Lệnh A: là lệnh dùng để tiếp nhận cuộc gọi khi modem không ở chế độ trả lời tự động. Đồng thời là lệnh dùng để chuyển từ cuộc thoại sang cuộc gọi dữ liệu. 2. Lệnh A/: Ra lệnh cho modem thực hiện lại lệnh ngay trước đó. 3. Lệnh AT: Là lệnh luôn được gõ vào trước các lệnh ngoại trừ lệnh A/, nhằm báo cho modem biết tốc độ hiện tại, khuôn mẫu ký tự, thông số kiểm tra. 19 4. Lệnh , : Là lệnh tạm dừng trong chuỗi lệnh quay số. 5. Lệnh D: Là lệnh quay số kết nối với đầu xa. 6. Lệnh E: Là lệnh lặp lại ký tự, lệnh có 2 tham số. + 0: không lặp lại ký tự. + 1: lặp lại ký tự. 7. Lệnh +++: Là ký tự thoát tạm ra chế độ lệnh mà không ngắt cuộc nối. 8. Lệnh !: Là lệnh chuyển cuộc gọi. Dùng sau số điện thoại trong chuỗi lênh quay số và trước số điện thoại muốn chuyển.. 9. Lệnh H: Là lệnh thực hiện gác máy. 10. Lệnh I: Là lệnh nhận dạng modem hay kiểm tra bộ nhớ chính, có 2 tham số. + 0: nhận dạng modem (mặc định). + 1: kiểm tra bộ nhớ chính. 11. Lệnh L: là lệnh chọn âm lượng loa, có 3 tham số. + 1: thấp. + 2: trung bình. + 3: cao. 12. Lệnh M: là lệnh điều khiển loa, có 4 tham số. + 0: tắt loa. + 1: mở loa cho đến khi kết nối được. + 2: Mở loa liên tục. + 3: Giống tham số 1 nhưng không có lao trong khi quay số. 13. Lệnh O: Là lệnh trả modem về chế độ dữ liệu từ chế độ lệnh tạm thời. 14. Lệnh P: Chỉ dùng trong chuỗi lệnh quay số yêu cầu modem quay số kiểu pulse. 15. Lệnh T: Chỉ dùng trong chuỗi lệnh quay số yêu cầu modem quay số kiểu tone. 16. Lệnh Q: Là lệnh modem cho phép hay không cho phép gửi đáp ứng. có 2 tham số. + 0: Cho phép. + 1: không cho phép. 17. Lệnh Sr?: Là lênh đọc các giá trị 1 thanh ghi, chữ “r” sẽ thay cho số của thanh ghi. 18. Lệnh;: Là lệnh yêu cầu trở về chế độ lệnh sau khi quay số. 19. Lệnh V: Là lệnh cho phép chọn kiểu đáp ứng, có 2 tham số. + 0: đáp ứng số. + 1: đáp ứng câu. 20. Lệnh W: Khi thực hiện cuộc gọi dùng lệnh này để modem truy cập đường dây và đợi dial tone trong 1 thời gian trước khi quay, thời gian được xác định trong thanh ghi S7. 21. Lệnh X: Là lệnh chọn tập đáp ứng, có 5 tham số. 22. Lệnh Z: là lệnh reset modem. 23. Lệnh &C: Với tham số 1 thì modem công nhận tín hiệu sóng mang khi tín hiệu này có thực. Với tham số 0 thì modem xem như sóng mang từ đầu xa luôn luôn tồn tại ngay khi chúng có thực. 24. Lệnh &L: Chọn chế độ hoạt động dial up hay lease line. 20