Largura de banda do fone de ouvido/microfone

Question

Fiquei interessado nisso depois que vi o Square usar o fone de ouvido no iPhone para enviar dados do cartão de crédito.

Qual é a largura de banda média do fone de ouvido no iPhone, notebook médio e dispositivo móvel médio?

Pode ser dobrado enviando diferentes fluxos de dados nos diferentes canais (esquerda/direita)?

Answer 1

Uma questão é a largura de banda dos cabos de áudio, nos quais não vou entrar aqui. Quanto às portas de áudio, suponha uma placa de som com uma taxa de amostragem máxima de 44.100 ou 48.000 amostras/s a 16 bits/amostra/canal, resultando em uma largura de banda máxima de 22,05 ou 24 kHz (basicamente resultado da resultado da Teorema da amostragem de Nyquist-Shannon, embora para amostragem sonora, o sinal amostrado também teria que ser amplitude contínua para que esse teorema aplique) e uma taxa de transferência de 176,4 ou 192 kbps para estéreo.

De acordo com Studio Six Digital, a linha no iPhone suporta uma taxa de amostragem máxima de 48 kHz. O microfone na versão 3G também funciona a 48 kHz, enquanto o microfone do 1º IPhone da 1ª geração amostra a 8kHz. Não consegui encontrar especificações de profundidade para o iPhone, mas acredito que ele usa amostras de 16 bits. Amostras de 24 bits são a outra possibilidade.

De acordo com Fortuny no Fóruns da Apple, que estava citando uma nota de desenvolvedor de áudio da Apple, a linha em um MacBook suporta amostras de até 24 bits com uma taxa de amostragem de 96 kHz, para uma taxa de dados de 576 kbps. Apple's MacBook portas externas e conectores A página lista a taxa de amostragem máxima como 192 kHz, mas eles podem ter alterado isso com a taxa de amostragem máxima para áudio digital usando a porta óptica.

Para comparação de taxas, os sistemas telefônicos tinham uma taxa de amostragem de 8 kHz a 8 bits/amostra mono, resultando em uma taxa de dados máximos de 8 kbps. A FM possui uma taxa de amostragem de 22,05 kHz a 16 bits/amostra/canal e é estéreo, resultando em uma taxa de dados de 88,2 kbps.

Obviamente, os cálculos acima ignoram o problema de sincronizar o fluxo de dados e a detecção e correção de erros, os quais consumirão uma parte do sinal.

Answer 2

O máximo de dispositivo de áudio típico é de estéreo de 48kHz, muitos dispositivos podem lidar com 96 kHz.

Mas é claro que o que sai do fone de ouvido é analógico, não digital, e ele também percorre alguns filtros, então algum tipo de modulação de tom é o caminho a percorrer. Pode haver alguma diafonia entre os canais estéreo - quanto dependente de um dispositivo dependente do dispositivo.

0 LDO Modems telefônicos podem enviar 9600 baud em linhas analógicas padrão que não são tão limpas quanto o seu fone de ouvido típico. E isso é mono. Eu acho que você poderia obter 2400 baud por canal sem trabalhar muito.

Você pode chegar a 100 mil baud se você fosse muito inteligente no processamento de sinais. Os sistemas de validação de cartão de crédito foram projetados para executar no 2400 Baud Mono da última vez que olhei para eles, não me surpreenderia se eles ainda recebessem quanto inércia existe no ponto de compra.

Answer 3

Não tenho certeza se isso está correto para todos os sistemas, mas quase todos, se não todos os sistemas de amostragem, usam um sistema de modulação Delta de 1 bit que provavelmente incorporou no chip DSP definido na maioria das unidades portáteis. A dizimação (alterando 1 bit para 16,20 ou 24 bits) é feita no software e os filtros anti -aliasing também. Lembre -se de que esses chips DFP estão sendo otimizados via hardware para reduzir o consumo de energia; portanto, pode haver um limite para o que eles poderiam produzir via software.

No que diz respeito às limitações do NYQUIST - elas realmente não entram em contexto ao transferir informações digitais por caminhos de dados bem controlados. Se você olhar para os modems e a maneira como eles transmitem informações - eles usam muito DSP para enviar uma largura mais alta da banda usando o Keying de mudança de fase - que analisa a mudança de fase relativa para o tempo do sinal da transportadora e pode diferenciar incrementos muito menores que os duplicação normal do limite de Nyquist (amostragem a 44kHz enquanto produzem dados a 20 kHz) para que o DSP possa ver uma mudança de 10 ou 20 graus na frequência da transportadora em comparação com a mudança de 180 graus. Isso ocorre porque você tem um sinal de referência para comparar.

Além disso, o fluxo de dados é todo o espectro de espalhamento de banda larga codificado, o que aumenta a densidade de um grupo inteiro (Lookup Jesse Russell para banda larga e Hedy Lamarr em espectro de espalhamento)

Meu laptop faz 192kHz a 24 bits (Dell XRS/14z) ou mais eles dizem. Normalmente, transfiro meu áudio por meio de conexão de rede para o meu PC principal do estúdio, que possui um óptico adat para uma unidade remota, para obter ruído superior e níveis de conversação cruzada. Laptops e telefones inteligentes móveis estão cheios de ruído digital e são fisicamente pequenos demais para reduzir esses problemas. Até que eles obtenham fones de ouvido digitais (não provavelmente em breve), é preciso usar sistemas discretos, como fazem em um estúdio de gravação profissional.

Answer 4

Reuni uma biblioteca para responder a essa pergunta para mim. O iPhone tem um corte bastante típico de cerca de 20kHz; portanto, a taxa de dados que você pode alcançar depende de quão bom é o seu SNR. A teoria relevante é o limite de Shannon-Nyquist. Consegui acertar cerca de 64kbps com esta biblioteca, e acho que mais é possível com melhor ajuste

Se você gostaria de ver a biblioteca, é https://github.com/quiet/quietDemonstração ao vivo: https://quiet.github.io/quiet-js/lab.html

Answer 5

20kHz é praticamente o máximo em qualquer circuito destinado a transportar áudio, porque é praticamente o topo da resposta de frequência do ouvido humano. Dado o limite do Nyquist, você provavelmente está olhando para os tops de 10kb/s. Obviamente, naquela época (TM), nós, embora 9600B/S fosse de alta velocidade, por isso pode ser bom o suficiente. E sim, você pode dobrá -lo usando saída estéreo.