Sobre el efecto de las cianobacterias en las funciones del habla del presidente

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Ya escribimos sobre nuestro sistema de GPS submarino y UKB ( uno , dos , tres ). En los comentarios sobre el primer artículo, el usuario r9laj señaló: "... un desarrollo lógico de su dispositivo de navegación sería agregar una herramienta de comunicación para buzos, como un walkie-talkie". Y en el último artículo, prometimos una grabación de la voz del presidente, hecha después de 700 metros de cianobacterias. Y como no nos quedamos quietos, es hora de hablar sobre el nuevo dispositivo para buzos simples y cumplir la promesa.

¿Cómo comunicarse con un buzo?

Comencemos con la pregunta principal: ¿cómo es la comunicación "buzo-buzo" y "buzo-superficie"?

Debido al hecho de que las señales de radio prácticamente no se propagan profundamente en el agua, con la excepción de los rangos ELF y VLF (miramos aquí y aquí ), no funcionará usar un walkie-talkie convencional y solo hay algunas maneras:

• Señales de buceo : para una comunicación gratuita sobre cualquier tema, un conjunto limitado de gestos para las situaciones más comunes. Las principales desventajas incluyen el número limitado de gestos y algunas diferencias en los gestos de los buceadores de diferentes países (por ejemplo, piensa que tu pareja decidió entretenerte representando un "cheburashka", y él solo está tratando de decir que un tiburón martillo ya está probando tu punto débil) .
• Boyas en la cuerda o en el extremo del gatillo para que pueda jalar. En este caso, el conjunto de comandos es aún más limitado, e incluso después del quinto tirón, esta señal o agonía se vuelve poco clara.
• Una tableta con un lápiz y una cruciana para entregar mensajes .
• Comunicación telefónica a través de paquetes de cables y mangueras (KShS), proporcionando la mejor calidad de comunicación, pero disponible solo para buzos industriales.
• Altavoces submarinos. Solo comunicación unidireccional y sin dispositivos adicionales en el buzo, pero se hacen fácilmente con medios improvisados .
• Sistemas de comunicación acústica o "telefonía de buceo" (por brevedad diremos "telefonía"). Se trata de un sistema de este tipo que se discutirá.

¿Vale la pena?

Al buscar en el mercado equipos de buceo con una mirada naval convexa, puede encontrar muchos sistemas de comunicación subacuáticos, tanto cableados como inalámbricos ( uno , dos , tres, y la lista continúa).

El equipo habitual es una estación de comunicación de superficie y varios dispositivos de buceo (receptores o transceptores). Debido a la banda de frecuencia limitada y la imposibilidad de la diversidad de frecuencia normal, la comunicación se lleva a cabo solo en modo semidúplex. El número de canales, por regla general, no excede de dos o tres y su conmutación se realiza por la tangente ubicada en la máscara. Por cierto, casi todos los fabricantes hacen su máscara de buceo o monturas solo para ciertas máscaras, lo que complica la vida de un usuario simple.

Los japoneses de CASIO siguieron su propio camino y en su Logosease abandonaron los botones. Para cambiar de canal y cambiar de marcha, debe tocar la carcasa del dispositivo, pero es mala suerte, reacciona a una potente señal acústica como un toque y comienza a volverse loco. De las ventajas: compacidad, la capacidad de registrar negociaciones y el uso de la conducción ósea. Entre las deficiencias se encuentran el alto precio y el corto rango de comunicación.

Un inconveniente importante cuando se usa la telefonía de buceo es la necesidad de usar una máscara facial completa. Es imposible hablar normalmente sin ella. Aquí hay un ejemplo divertido. Si a los 54 segundos no miró los subtítulos y no entendió al orador, entonces no necesita una máscara facial completa.

¿Vale la pena hacer lo tuyo si hay muchos competidores que ofrecen un montón de dispositivos a precios asequibles? ¡Por supuesto que vale la pena!

El sonido AMA es dulce y agradable para nosotros.

Existen muchos tipos de modulación, pero la telefonía de buceo está acostumbrada a utilizar la modulación de amplitud con una banda lateral (SSB), bien conocida por cualquier radioaficionado. Puedes leer brevemente aquí .

La frecuencia estándar es 32.768 kHz (lado superior). La compatibilidad, a esta frecuencia, de dispositivos de diferentes fabricantes se considera un buen tono y una necesidad vital. Decidimos no romper esta tradición, pero queríamos más canales. En este momento usamos 8 (incluso en un dispositivo de buceo) los más comunes:

Canal 1 = 32.768 kHz (USB - Parte superior)
Canal 2 = 32.768 kHz (LSB - Parte inferior)
Canal 3 = 31.250 kHz (USB)
Canal 4 = 31.250 kHz (LSB)
Canal 5 = 28.5 kHz (USB)
Canal 6 = 28.5 kHz (LSB)
Canal 7 = 25 kHz (USB)
Canal 8 = 25 kHz (LSB)

Hay varios canales más utilizados por los militares y se encuentran en frecuencias más bajas. Por ejemplo, la OTAN usa 8.0875 kHz (USB) [1].

Lo que digna o barre

Aplazamos el desarrollo de nuestra propia versión de telefonía de buceo durante bastante tiempo, hasta que los buzos nos convencieron. Y ahora, un par de meses antes de IMDS-2017, comenzamos el desarrollo.

Para empezar, era necesario determinar el nombre del producto futuro y, en buena tradición, se llamaba RedPhone-OS (estación de superficie) y RedPhone (dispositivo de buceo), así como los parámetros. Para un dispositivo de buceo tenemos:

• La máxima duración posible de la batería, la capacidad de reemplazar rápidamente las baterías / acumuladores entre inmersiones y su prevalencia.
• El rango de comunicación máximo posible. Dado que el rango de frecuencia y el tipo de modulación de frecuencia están rígidamente definidos, es posible un aumento en el rango al aumentar la sensibilidad del receptor y / o aumentar la potencia del transmisor (generalmente 0.5-1W).
• Encienda cuando esté sumergido en agua y apague solo después de salir del agua.
• Un mecanismo simple para cambiar canales sin la posibilidad de cambiar durante una inmersión.
• La presencia de AGC (con un rango de aproximadamente 80 dB) con tiempos de subida y bajada ajustables para evitar el recorte de la señal recibida. Cuando se trabaja cerca de la antena transmisora ​​en la antena receptora, es bastante fácil obtener unidades de voltios, y a una distancia de 700-800 metros hay que confiar en milisegundos o microvoltios miserables.
• Compacidad y minimalismo! Sin pantallas con un hermoso menú, un montón de botones y un millón de funciones adicionales.
• Compatible con dispositivos existentes en el mercado.
• Como no planeamos hacer nuestras propias máscaras, es necesario proporcionar una montura extraíble.

Se decidió posponer el uso de la conducción ósea , porque no todos los buzos aceptarán un perno de titanio en su cabeza y transferirán completamente todos los procesos de recepción y emisión de sonido a las piezocerámicas habituales. Y luego la idea de hacer que el dispositivo sea completamente analógico fue a la basura. Esto daría una ganancia en el consumo de energía, pero este plus es el único.

Como nos proporcionaron una máscara, la producción comenzó con tangentes. Debe ser hermético, lo suficientemente grande como para ser presionado con guantes y tener un golpe largo. El botón se basa en el viejo interruptor de láminas y la elección es clara. Para que el interruptor de láminas no sea aplastado por la presión del agua, se inunda con un compuesto. El micrófono se encuentra debajo de la tangente.



Y aquí está la máscara , equipada con convenientes limpiaparabrisas, con la tangente instalada:



El caso del futuro dispositivo apareció y evolucionó junto con el tablero, pero el tamaño final fue establecido por las baterías.

Las primeras pruebas del diseño de telefonía se llevaron a cabo en un maravilloso charco .



Y después de las pruebas, configuramos la potencia en el modo de estudio a 5W (o 10W, para aquellos que les gusta más fuerte). En este sentido, las baterías crecieron rápidamente a 2 tamaños de iones de litio 18650 y apareció la versión final del estuche:



Un altavoz piezodinámico se encuentra en la parte posterior de la caja. Su principal ventaja es su grosor extremadamente pequeño y su completa estanqueidad, y también, como una ventaja agradable, el uso de la conducción ósea, en caso de contacto con la sien. El montaje de la máscara es extraíble y está montado sobre dos tornillos. Si es necesario, se puede convertir rápidamente a las necesidades del cliente. Cuando dos contactos están cerrados en la parte frontal de la carcasa (en nuestro caso, estos son dos tornillos), el dispositivo se enciende. La inclusión ocurre incluso en agua destilada.



El interruptor de canal está cómodamente ubicado en el compartimiento de la batería, excluyendo el cambio accidental de canal, lo cual es especialmente importante cuando el cabezal está ocupado con uno completamente diferente.



Para la parte de la superficie con la batería, decidimos no ser trivializados y colocar 4 baterías de litio-hierro-fosfato con una capacidad de 7000 mAh.



Las pruebas generales del sistema (sin la participación de buzos) se llevaron a cabo en el río Pichuga en la región de Volgogrado y casi coincidieron con las pruebas del sistema UKB Zima . Agosto en Volgogrado: el tiempo es caluroso y todos los depósitos locales comienzan a "florecer" rápidamente. Pichuga no está exenta de este destino y en otros años florece para que caminar sobre el agua sea posible incluso sin ser un santo.




(Casi) ningún sistema de comunicación hidroacústica (incluso el nuestro) puede funcionar en tales condiciones. Incluso si la potencia de salida del transmisor es 100-200-300 ... 1000W, hordas de cianobacterias silenciosas y algas silenciarán cualquier sistema. La única opción es navegar a cien o dos metros de la orilla, donde la cantidad de algas se reduce un poco, pero incluso allí son suficientes para amortiguar el sonido. Además, se distribuyen por "nubes" alargadas, lo que hace que las condiciones hidrológicas sean completamente impredecibles.

Tales nubes se ven muy impresionantes en los mapas de Google. Aquí hay una fotografía de un depósito cerca del sitio de prueba:



Fue en tales circunstancias que decidimos probar nuestro RedPhone-OS. El discurso del presidente en la Asamblea General de la ONU fue elegido como voz de referencia.

Así es como se ve la implementación temporal de la grabación por hora: navegamos en un bote directamente desde el transmisor, montados en una balsa, (al comienzo de la grabación, la señal está sobrecargada) en 700 metros (en el medio de la grabación, una caída en la amplitud es muy notable) y aproximadamente en el medio de la grabación giramos y navegamos en el lado opuesto dirección.



En el espectrograma general puede ver el cambio secuencial de canales:



En los comentarios a nuestros artículos, a menudo nos preocupa la contaminación acústica, como ejemplo damos una parte del espectrograma en el que se registra el ruido del motor de un barco que pasa a una distancia mínima de nosotros de unos 500-600 metros:



Nuestro teléfono tiene una banda delgada en la región de 25 kHz, y un punto de banda ancha es el ruido de un bote a motor. Aquí también vale la pena considerar que nuestro dispositivo de grabación contiene un filtro de paso de banda de aproximadamente 5-38 kHz, y una parte significativa del ruido del barco simplemente no se registró.

Para una inmersión completa, presentamos esta parte de la grabación de la señal fuente con el sonido de un bote a motor , y el resultado más importante de estas pruebas es una grabación demodulada completa de la voz del presidente después de 700 metros de cianobacterias (C).

En la grabación, los cambios repentinos en el volumen son claramente audibles, causados ​​por el paso desigual del sonido a través de las capas de algas, así como por la influencia del efecto Doppler. Y, si escuchas con mucha atención, incluso puedes escuchar los golpes de los remos contra el agua (aunque puedes entender esto solo a ritmo).

Y aquí está el conjunto completo presentado en IMDS-2017:

¿Y qué puede hacer RedPhone con lo que los competidores no tienen?

Debo decir de inmediato lo que no contiene. No hay menú de voz (y nunca lo será), activación por voz, cambio de canal con el botón y control de volumen manual.

Hay, como todos los demás, una medida de la energía de la batería, tonos de marcado, reducción de ruido.
Sería extraño producir un dispositivo que no sea particularmente diferente de los disponibles en el mercado. Y RedPhone tiene algunas características interesantes:

• Integración (actualmente parcial) con el sistema Zima UXB. De acuerdo, es bueno no solo hablar con una persona, sino también saber dónde está, y en el caso de un buzo, también a qué profundidad. A veces es vital.
• Posibilidad de una llamada de dirección (o llamada de difusión) de un buzo específico. No importa cuántos dispositivos estén escuchando en el mismo canal, solo el buceador necesario recibirá el mensaje y el resto no se distraerá del trabajo.
• La capacidad de socavar remotamente el cambio de RedPhone al modo de transferencia o ponerlo en modo de baliza de emergencia

Vale la pena decir que todas estas funciones se están probando ahora y algunas de ellas no se agregarán a los productos en serie, pero también pueden aparecer otras nuevas (ya está previsto agregar la preservación de todas las negociaciones y la estación de acoplamiento para RedPhone).

1. Robert Istepanian, Milica Stojanovic. Sistemas de comunicación y procesamiento de señal digital acústica subacuática. ISBN 978-1-4757-3617-5