Первоначально такое решение появилось в военной и в радиолюбительской передающей технике. Затем это решение попало в бытовую телефонную связь. Сегодня ограничение речевого сигнала, в явном виде, можно встретить в различных радиостанциях для коммерческого и бытового пользования.

Смысл ограничения речевого сигнала, это ограничение передаваемых (и результате принимаемых) частот определенным спектром. Имеется ввиду низкочастотный сигнал. В любительской технике этот спектр мог быть разным, все зависело от возможностей радиолюбителя по настройке и желанию его сделать так или иначе. В гражданской и военной технике связи был принят стандарт 0,3 — 3,4 кГц. Официально это называется ширина спектра 3кГц, хотя по факту 3,1 кГц, но 100Гц можно тут особенной роли не играют.

Кроме ограничения по частоте, звуковой сигнал с помощью цепочки АРУ, может подвергаться выравниванию амплитуды. Иногда дополнительно добавляют различные шумоподавители.

Речевой сигнал имеет сложную частотную и амплитудную структуру и в результате широкий спектр. Кроме обще принятых факторов (интонация, различные сочетания букв и слов) на ширину спектра очень сильное влияние оказывают особенности произношения и выговора различных людей, качество и характеристики микрофона и микрофонного усилителя.

В первых телефонных линиях с ручной коммутацией, микрофонных усилителей вообще не было. Линия находилась под напряжение (чаще всего это было 60В), в качестве микрофона работал угольный микрофонный капсюль. Под действием звукового сигнала угольный порошок внутри капсюля сотрясался, за счет этого его сопротивление изменялось и постоянное напряжение линии (60В) модулировалось звуковым сигналом. Телефон подключенный последовательно с микрофоном воспроизводил звук. Батарейка + угольный микрофон + телефон и получаем простейшую телефонную линию, которая не просто реально работает, а просто отлично работает.

В домашних телефонах для улучшения качества связи и повышения громкости применялись трансформаторы.

Такие решения отлично подходили для телефонных линий с механической коммутацией линий, ручной коммутатор или релейная АТС.

Однако для передачи на большие расстояния с несколькими пунктами переусиления такой сигнал не подходит, его нужно избавить от постоянной составляющей (но это не сложно, обычный конденсатор с этим справится), а затем усилить. Но и это еще не все, одну линию для одного номера тянуть не интересно, поэтому тянут много линий, да еще каждую «уплотняют» для передачи по 2-м (или 4-м) проводам нескольких различных сигналов одновременно.

Спектр сигнала речи значительно шире того что я написал (0,3 — 3,4 кГц). Может начинаться от нескольких Герц и доходить до 22кГц (у моей соседки точно выше 😂). Однако если его обрезать до тех самых 0,3 — 3,4 кГц, то не только речь остается полностью разборчивой, но и по голосу легко можно узнать собеседника. Коммутаторы и релейные АТС давно ушли в прошлое, и все домашние телефонные аппараты которые у нас были в последнее время, а у некоторых они есть еще и сегодня ( у меня стоит 😉), работают в полосе 0,3 — 3,4 кГц, точнее для них выделяется этот кусок частот. Мобильные же телефоны передают почти весь спектр, но там не аналоговое преобразование и они могут себе это позволить))).

Речевой сигнал кроме «используемых» частот, имеет еще и очень сложную форму по амплитуде. Для уменьшения ширины спектра и увеличения разборчивости речи, над амплитудой тоже проводят манипуляции. Микрофонный усилитель или УНЧ (следующий за микрофонным усилителем), может содержать цепочку АРУ (амплитудная регулировка уровня). АРУ в этих устройствах настроена на подавление пиков амплитуды сигнала. Т.е. регулируется по уровню не весь сигнал, а только торчащие пики, на разборчивости и тембровой окраске это сказывается только в лучшую сторону, потому, что большая часть этих пиков является помехами и шумами.

Все эти манипуляции могут производится с сигналом как одновременно, так и только некоторые из них. И могут быть выполнены в различных местах на пути следования сигнала.

Последний и самый «интересный» пункт (но это только мое мнение), это компрессия звукового сигнала.

Компрессор предназначен для сжатия (сужения) динамическо­го диапазона звукового сигнала. Чаще всего компрессия применяется в радиопередающей технике, самый яркий пример это любительская связь, что позволяет достичь большей разбираемости телефонного сигнала в шумах и помехах в месте приема, а кроме того — возможности усилителя мощности передатчика используются более целенаправленно, усиливается только полезный сигнал.

Понятие компрессии применяется как к НЧ так к ВЧ сигналам, но раз разговор о речевом сигнале, тема компрессии ВЧ сигнала не сегодня.

Компрессор НЧ чаще всего состоит из: микрофонного усилителя, фильтра бытовых и промышленных помех (к примеру 50 Гц), усилителя с ограничением по амплитуде, основного фильтра (который задает рабочую полосу частот) и выходного усилителя НЧ.

Работает это так:

1. Сигнал микрофона усиливается микрофонным усилителем;
2. С помощью фильтра удаляются (отфильтровываются) из сигнала не нужные (не полезные) частоты, к примеру частота сети 50 Гц;
3. Усилитель с коэффициентом усиления равным 1 и отрицательной обратной связью (АРУ), сжимает сигнал по амплитуде в заданных параметрах, происходит выравнивание амплитуды сигнала, сглаживаются пики (не обрезаются);
4. С помощью фильтра сигнал обрезается, остается только полезный сигнал, чаще всего в полосе частот 0,3 — 3,4 кГц (в радиолюбительской практике часто используют полосу частот 0,5 — 2,9 кГц);
5. УНЧ усиливает сигнал до уровня необходимого для работы следующих каскадов, к примеру передатчика.

Другими словами компрессор это и есть одновременное ограничение сигнала по амплитуде (компрессия пиков), фильтрация от бытовых помех и использование только определенной полосы частот от полезного сигнала (достаточной для сохранения разборчивости). И все это происходит в одном устройстве.

Эти преобразования относятся к аналоговым преобразованиям и все больше уходят в прошлое. Однако и в цифровых системах преобразования сигналов, на входе речепреобразующих устройств стоят точно такие же компрессоры, потому что входные каскады там тоже имеют определенные параметры.