В аналоговой телефонии телефонный гибрид — это компонент на концах абонентской линии телефонной сети общего пользования (PSTN), который преобразует двухпроводные и четырехпроводные формы двунаправленных аудиотрактов. При использовании в вещательных учреждениях для обеспечения трансляции телефонных звонков телефонный гибрид вещательного качества известен как вещательный телефонный гибрид или телефонный балансный блок .
Необходимость в гибридах обусловлена природой аналоговых телефонных линий (POTS) для дома или малого бизнеса, где два направления звука объединены в одной двухпроводной паре. В телефонной сети коммутация и передача почти всегда представляют собой четырехпроводные схемы с разделением двух сигналов. Гибриды выполняют необходимое преобразование. В старых аналоговых сетях преобразование в четырехпроводную схему требовалось для того, чтобы усилители-ретрансляторы можно было вставлять в междугородние линии связи. В современных цифровых системах каждое направление речи должно обрабатываться и передаваться независимо.
Линейные карты в коммутаторе центрального телефонного узла, подключенные к аналоговым линиям, включают гибриды, которые адаптируют четырехпроводную сеть к двухпроводным схемам, соединяющим большинство абонентов.
Поиск лучших телефонных гибридов и эхоподавителей (родственная технология) был важным мотивом для разработки алгоритмов и оборудования DSP ( цифровой обработки сигналов ) в Bell Labs , NEC и других компаниях.
Основной принцип — это принцип согласования импеданса . Входящий сигнал подается как на телефонную линию, так и на «балансирующую сеть», которая спроектирована так, чтобы иметь тот же импеданс, что и линия. Исходящий сигнал получается путем вычитания двух, тем самым отменяя входящий сигнал из исходящего сигнала. [1] Ранние гибриды изготавливались с трансформаторами, сконфигурированными как гибридные катушки , которые имели дополнительную обмотку, которая могла быть подключена в противофазе. Название гибрид происходит от этих специальных трансформаторов со смешанными обмотками.
Эффективный гибрид будет иметь высокие трансгибридные потери, что означает, что относительно небольшая часть входящего звука будет появляться на исходящем порту. Слишком большая утечка может вызвать эхо, когда есть задержка на пути передачи, как это происходит со спутником, мобильным телефоном и VoIP-линиями. Это является результатом того, что голос говорящего проходит к гибриду на дальнем конце и возвращается к его собственному приемнику с недостаточным затуханием. Рекомендация ITU-T G.131 описывает связь задержки эха и амплитуды с раздражением слушателя. При 100 мс возвратные потери 45 дБ требуются для того, чтобы менее 1% испытуемых выразили недовольство.
Хорошее подавление зависит от балансировочной сети, имеющей частотно-импедансную характеристику, которая точно соответствует линии. Поскольку импедансы телефонных линий различаются в зависимости от многих факторов, и эта связь не всегда гладкая, аналоговые гибриды способны достичь лишь нескольких дБ гарантированной изоляции. По этой причине современные гибриды используют цифровую обработку сигнала для реализации адаптивного фильтра наименьших квадратов , который автоматически определяет импеданс линии в диапазоне голосовых частот и подстраивается под него. Они могут достигать более 30 дБ трансгибридных потерь, измеренных с белым шумом в качестве сигнала отправки.
Гибриды DSP также называются «линейными эхокомпенсаторами » (LEC). (Фраза «эхокомпенсатор» в этом контексте вводит в заблуждение, поскольку подавление эха как такового не происходит, а скорее происходит утечка из аналогового линейного интерфейса с очень короткой задержкой, которую точнее охарактеризовать как фазовый сдвиг. Однако любая нескомпенсированная гибридная утечка вызовет эхо, если связанный с ним путь передачи имеет задержку, поэтому эффектом для системы является уменьшение эха.)
Гибриды и компенсаторы иногда комбинируются с эхо-подавителями . Они работают на основе предположения, что обычно только один из двух участников разговора говорит в данный момент времени. Подавитель переключает потерю в неактивный речевой тракт, тем самым усиливая эффект эхо-подавления гибрида за счет одновременного двухстороннего разговора.
Несмотря на то, что они изначально четырехпроводные, [ требуется цитата ] системы VoIP требуют гибридов при подключении к двухпроводным линиям. Шлюз VoIP-to-Telco, используемый для подключения VoIP PBX (частной телефонной станции) к аналоговым линиям, будет содержать гибриды для выполнения требуемого преобразования. End-end VoIP не нуждается в гибридах, если только не требуется адаптация к двухпроводной линии.
В вещательных студиях название функциональной части стало относиться ко всему , а телефонный гибрид — это устройство, которое объединяет все функции, необходимые для подключения телефонных линий к студийным аудиосистемам, обеспечивая электрический и физический интерфейс между линиями телекоммуникаций и студийным оборудованием. Эти устройства часто включают обработку в дополнение к гибридной функции, такой как управление динамикой , фильтрация и выравнивание (EQ). Некоторые имеют динамический эквалайзер, который автоматически регулирует параметры для поддержания спектральной согласованности из сильно различающегося исходного звука. [2] Некоторые включают акустическое эхоподавление , чтобы разрешить установки с акустическими путями между громкоговорителями, передающими телефонный звук, и микрофонами, питающими телефонные линии.
В студийных приложениях гибриду требуется особенно хорошая изоляция отправки-приема. Когда на выходе гибрида появляется слишком много звука хоста, будет ряд дефектов. Искажение голоса хоста может быть результатом изменения телефонной линией фазы отправляемого звука перед его возвратом с различными сдвигами на разных частотах. Исходный и просачивающийся звук микшируются на пульте и объединяются в фазе и в противофазе на разных частотах. Когда это происходит, хост звучит либо глухо, либо металлически, поскольку фазовая компенсация влияет на некоторые частоты больше, чем на другие. Звуковая обратная связь может быть результатом акустической связи, создаваемой, когда абоненты должны быть услышаны на громкоговорителе. Когда линии объединены в конференцию, и усиление вокруг петли нескольких гибридов больше единицы, будет слышно «пение» обратной связи. Если утечка очень высокая, операторы не смогут контролировать относительные уровни звука хоста и вызывающего, поскольку фейдер телефона пульта будет влиять на оба сигнала.
Технология цифровой обработки сигнала, используемая в современных гибридах, удовлетворяет требованиям изоляции и реализует вспомогательные функции. Теоретически для телекоммуникационных соединений ISDN и VoIP гибриды не нужны. Однако звонки, которые имеют ISDN или VoIP на одном конце, обычно заканчиваются на аналоговой линии на другом, и поэтому существует значительный источник эха как от телекоммуникационного гибрида на линейной карте, так и от самого телефона. Акустическая связь, когда микрофон улавливает выходной сигнал наушника, является еще одним потенциальным источником эха. Электрическая наводка между аналоговыми цепями (перекрестные помехи) является еще одним. Даже низкие уровни эха могут быть слышны при большой задержке, как это обычно бывает с VoIP.
Телефонные гибриды, предназначенные для студийного применения, обычно представляют собой монтируемые в стойку устройства [3] [4] [2] , которые имеют разъемы RJ-style для телефонной линии и либо сбалансированные аналоговые, либо AES3 аудиовходы/выходы на разъемах XLR для подключения студийного оборудования. В одном устройстве могут быть упакованы один, два или более гибридов. Существуют варианты для размещения телефонных линий POTS, ISDN или VoIP. Помимо аудиофункций, гибриды могут включать дополнительные возможности, такие как автоответ/отключение, обнаружение/генерация DTMF и обнаружение идентификатора вызывающего абонента .
Обратите внимание, что телефонные гибриды должны быть подключены к микшерному пульту с микс-минусом, чтобы избежать обратной связи.
Некоторые недорогие адаптеры подключаются между телефоном и его трубкой, с кнопкой для активации трубки или адаптера. Это простые пассивные устройства, которые передают аудио с телефона без обработки.
На другом конце спектра находятся системы, которые могут обрабатывать несколько линий и подключаться к компьютеру, чтобы продюсер мог отслеживать, кто находится на какой линии, общаться с ведущим и управлять порядком приема звонков.
Телефонные гибриды также используются для сопряжения производственных систем внутренней связи с ТфОП.
Кодеки POTS , кодеки ISDN и кодеки IP используются для удаленных трансляций , когда возможно наличие специализированного оборудования на обоих концах соединения. Кодеки POTS работают с аналоговыми линиями, кодеки ISDN — с линиями ISDN, а кодеки IP — с любым соединением, которое может обеспечить IP-подключение. Они используют сжатие и декомпрессию аудиоданных на каждом конце. Таким образом можно достичь полосы пропускания аудиосигнала до 20 кГц. Сжатие часто осуществляется с помощью MPEG MP3 или AAC .
Автопатчи — это телефонные гибриды, используемые радиолюбителями для сопряжения своего радиооборудования с телефонными линиями.