Организация радиовещания

Если принять коэффициент стереофоничности при монофонической передаче равным 0, а при большом числе каналов равным 1, то при двухканальном воспроизведении звука он находится в пределах 0,6--0,7. Поэтому двухканальная система стереофонии получила широкое развитие как бытовая система и в СССР, и за рубежом. В последнее время все более широкое признание получает бытовая система стереофонии с четырьмя каналами (квадрафония). Рассмотрим существующие системы двухканальной стереофонической звукопередачи (звукозаписи).

Система АВ. При этом способе звукопередачи используют два микрофона, идентичных по своим техническим характеристикам, которые расположены на некотором расстоянии друг от друга (рис.6). Оба микрофона воспринимают один и тот же звук с некоторой разницей во времени прихода и различной силой звука. Этими двумя факторами определяется возможность локализации источников звука в горизонтальной плоскости при воспроизведении. При перемещении источника звука в студии например, слева направо, меняется время прихода и сила звука, приходящего к А и В микрофонам, и, следовательно, меняется громкость звучания громкоговорителей и , причем громкость звучания громкоговорителя уменьшается, а громкоговорителя увеличивается. В результате этого слушатель ощутит перемещение кажущегося (виртуального) источника звука. Источник звука, находящийся на линии, проходящей посредине между микрофонами, будет с одинаковой громкостью воспроизведен обоими

громкоговорителями и услышан из точки, находящейся посредине между ними.

При использовании системы АВ важно выбрать расстояние между микрофонами. Слишком малое расстояние ведет к уменьшению стереофоничности звука, приближаясь к монозвучанию, слишком большое - к разрыву звучания. Оптимальное расстояние 20--40 см. При увеличении расстояния до 80--100/см воспринимаемая при прослушивании звуковая картина распадается на две (правую и левую) и естественная непрерывность звуковой картины разрушается.

Рис.6 Система двухканальной стереофонической звукопередачи (а - АВ; б - ХУ; в - МS)

Система XY. В этой системе два микрофона с одинаковыми техническими характеристиками и диаграммами направленности типа восьмёрки или кардиоиды расположены на одной стойке под углом друг к другу, так что проекция осей симметрии их диаграмм направленности образует угол 90 градусов (рис.6,б).

Стереофонический эффект получается вследствие различия чувствительности микрофонов к звуковым волнам, приходящим с различных направлений. Если источник звука находится в крайнем левом положении (ось х), то звук воспринимается только микрофоном Х. Чувствительность микрофона Y в направлении Х равна нулю. Слушатель услышит звук, исходящий только из громкоговорителя А. Аналогично звук, приходящий со стороны направления Y, воспринимается только микрофоном Y и его услышат из громкоговорителя B/ Источник звука, находящийся на оси , будет одинаково воспринят обоими микрофонами, и слушатель его услышит посредине между громкоговорителями. При сложении диаграмм направленности обоих микрофонов (рис.6,а штриховая линия) видно, что громкость источника звука, расположенных на оси , усиливается, и они как бы приближаются к слушателям.

Звуки приходят к микрофонам X и Y в одно и тоже время, поэтому различия во времени прихода звука нет. В системе используется различие в силе звука, воспринимаемого обоими микрофонами. Из-за отсутствия информации о временных сдвигах эффект локализации в системе XY выражен несколько слабее, чем в системе AB.

Система MS. При звукопередаче по системе MS микрофоны также расположены на одной вертикальной стойке. Однако один микрофон с широкой диаграммой направленности (круг или кардиоида) направлен на середину сценической площади (рис.6,в). Этот микрофон входит в канал, обозначенный буквой М. Другой микрофон имеет диаграмму направленности в виде восьмёрки. Он расположен так, чтобы воспринимать информацию с боковых сторон сцены (канала S)/ После обработки сигналов, полученных на выходе каналов M и S в блоке суммарно-разностного преобразователя СРП, образуются стереофонические сигналы, направляемые в дальнейшем на громкоговорители A и B. Для образования сигнала, подаваемого к громкоговорителю А, на выходе каналов M и S сигналы складываются, а сигнал для громкоговорителя B образуется при вычитании сигналов в каналах M и S.

Таким образом, система MS отличается от системы XY способом образования передаваемой информации о правой или левой сторонах звукового поля. Путём суммарно-разностного преобразования систему стереофонической звукопередачи (звукозаписи) XY можно преобразовать в систему MS, например, X+Y=M, X-Y=S. Система MS более удобна, так как микрофон канала M, получающий информацию со всей сцены, может непосредственно использоваться для обычной монофонической передачи звука.

Совместимость. Под совместимостью стереофонической и монофонической звукопередачи понимают возможность слушать стереофоническую звукопередачу, пользуясь монофонической аппаратурой. При этом в результате простого сложения информации обоих каналов, за исключением стереофоничности, слушатель должен получить всю информацию о передаче. Все перечисленные выше системы удовлетворяют требованию совместимости, так как в них по одному каналу передаётся информация о левой стороне звукового поля, а по другому - о правой стороне, а сумма их представляет информацию обо всём поле. На практике же полная совместимость не всегда достигается.

Различают техническую и художественную совместимости стереофонической звукопередачи (звукозаписи). Техническая совместимость определяется по тому, насколько качественные показатели суммы сигналов правого и левого каналов удовлетворяют требованиям, предъявляемым к сигналам монофонической звукозаписи. Техническая совместимость обеспечивается выбором электроакустической и усилительной аппаратуры и их техническими характеристиками. Художественная совместимость определяется тем, насколько в монофоническом сигнале правильно переданы соотношения громкостей отдельных исполнителей и групп.

Если не принять мер, обеспечивающих художественную совместимость, то при моновоспроизведении могут появиться пики и провалы звучаний, нарушающие баланс звучаний.

Искажения при стереофонической звукопередаче. Действие различных видов искажений (амплитудных, нелинейных, шумов) примерно одинаково при моно- и стереовоспроизведении, если эти искажения имеются в обоих стереоканалах. Если искажения появляются только в одном из каналов, то они заметны меньше. К специфическим искажениям для системы стереофонической звукопередачи относятся: разбаланс уровней громкости в каналах, переходные помехи между каналами, разбаланс фазовых характеристик стереоканалов.

Разбаланс уровней громкости. Если угол, под которым слушатель видит громкоговорители, равен , а источник звука расположен посредине, то разбаланс уровней громкости () на 1 дБ вызывает смещение кажущегося источника звука в среднем на угол , при разбалансе в 3 дБ смещение не превышает , при разбалансе 12 дБ и больше звук кажется исходящим из точки, где размещен громкоговоритель более громкого канала. Увеличивая временный сдвиг между канальными сигналами можно также осуществить изменение положения кажущегося источником звука.

Переходные помехи между каналами. Если стереофонические сигналы проникают из одного канала в другой, то снижается эффект "стереофоничности". Снижение качества стереофонической передачи практически незаметно, если величина переходного затухания между стереоканалами в полосе пропускания достигает 25 дБ. При понижении переходного затухания до 15 дБ снижение стереофонического эффекта становится уверенно заметным.

Разбаланс фазовых характеристик стереоканалов определяется как разность времени прохождения сигнала по обоим каналам. Фазовый сдвиг в градусах , f - частота, для которой вычисляется фазовый сдвиг, Гц.

Фазовые сдвиги наиболее проявляются в области частот 100-1600 Гц. Если фазовый сдвиг в этой области составляет примерно 90 градусов, то появляется ощущение "размытости" положения источников звука, чёткость определения направления на них теряется.

Наиболее жёсткие требования к фазовым искажениям следует предъявлять при частоте 400 Гц.

Зона стереоэффекта. Территорию, в пределах которой особенности стереофонии проявляются в достаточно полной мере, называют зоной стереоэффекта. Границы этой зоны принято определять максимально допустимой ошибкой локализации центра базы при равных уровнях канальных сигналов. Расстояние между громкоговорителями (размер базы) оказывает значительное влияние на величину зоны стереоэффекта. При уменьшении базы с 3 до 0,8 м площадь зоны стереоэффекта возрастает с 0,4 до 1,2 . Уменьшение размера базы приводит к более громкому звучанию центральных источников, что ухудшает "прозрачность" звучания боковых источников. "Прозрачность" звучания для боковых и центральных источников стереопанорамы увеличивается при увеличении базы. С учетом этого размер базы при воспроизведении выбирается в соответствии с размером базы контрольных акустических систем и равен 2--3 м. С увеличением размера базы (более 3 м) из-за интерференционных явлений локализация центральных источников становится менее четкой.

При проектировании стереофонических воспроизводящих систем предполагалось, что идеальная стереофоническая система воспроизведения должна состоять из двух идеальных монофонических. Однако идеальный монофонический громкоговоритель должен быть ненаправленным во всем диапазоне частот. Стереофоническая система, состоящая из ненаправленных громкоговорителей, обладает очень малой зоной стереоэффекта.

Взаимозаменяемость влияния разности уровней и сдвига во времени на слуховые восприятия позволяет расширить зону стереоэффекта. Смещение слушателя в сторону от оси симметрии приводит к появлению временного сдвига, обусловленного изменением расстояния до обоих громкоговорителей. Это изменение, как правило, сопровождается повышением уровня опережающего сигнала от ближайшего громкоговорителя и снижением уровня запаздывающего сигнала. При этом кажущийся источник звука смещается из центра базы в том же направлении, что и слушатель. Правильную локализацию центра можно восстановить, если при смещении слушателя в сторону громкоговорителя А уровень снижается, тогда когда уровень , наоборот, повышается.Диаграмма направленности будет оптимальной, когда расположение отдельных звуковых образов на линии базы практически не будет зависеть от расположения слушателя относительно громкоговорителей системы воспроизведения.Для удовлетворительной компенсации эффекта бокового смещения слушателя, достаточно обеспечить требуемые диаграммы направленности лишь в области средних частот. Рассмотрим два способа изменения уровней и при боковом смещении. При первом используют двухполосные акустические системы, в каждой из которых звено, воспроизводящее средние и высокие частоты, заменено двумя параллельно включенными группами излучателей, одна из них совмещена с низкочастотным звеном, другая находится вблизи от центра базы. Оси двух центральных групп развернуты в сторону от средней линии. Зона допустимых смещений при стереобазе, равной 5 м, имеет ширину 2,4 м на расстоянии 1 м от базы и расширяется до 5 м при удалении на 5 м и более. При втором способе используют акустические линзы, поворачивающие диаграмму направленности среднечастотных звеньев трехполосных громкоговорителей в сторону оси симметрии системы Для получения сдвига во времени применяют пластинчатые акустические линзы, которые устанавливают перед группой громкоговорителей. Если направление излучения звука совпадает с направлением пластин, они не оказывают никакого воздействия на формирование суммарного сигнала в удаленной точке звукового поля. Для прочих направлений сигналы, поступающие из разных каналов, образованных соседними пластинами линзы, имеют сдвиг во времени.

8.1 СТЕРЕОФОНИЧЕСКОЕ РАДИОВЕЩАНИЕ

При стереофоническом радиовещании с помощью одного несущего колебания необходимо передать информацию о двух каналах: левом А и правом В.

К системе стереофонического вещания предъявляется требование совместимости с монофонической системой. Слушатель на обычный МВ--ЧМ приемник должен принимать стереофоническую передачу как полноценную монофоническую. Наряду с этим, система стереофонического радиовещания должна быть экономически эффективной, т. е. рассчитанной на максимальное использование существующей сети МВ--ЧМ передатчиков. Чтобы удовлетворить требованию совместимости, используется метод суммарно-разностного) преобразования сигналов. В полосе звуковых частот передается сумма сигналов (А + В), а в диапазоне сверхзвуковых частот (надтональные частоты) -- информация о разностном сигнале (А -- В). Надтональные частоты образуются при модуляции поднесущей. Сигналом стереофонической передачи модулируют несущую МВ--ЧМ передатчика. Монофонический МВ--ЧМ приемник воспроизводит низкочастотную часть спектра сигнала (А + В), являющегося полноценным монофоническим сигналом. В стереофоническом приемнике после частотного детектора ЧД тональная (звуковые частоты) и надтональная части спектра стереофонического сигнала разделяются с помощью фильтра низких частот ФНЧ и полосового фильтра ПФ. На выходе ФНЧ выделяется сигнал (А + В), а на выходе ПФ после детектирования -- сигнал (А -- В).

Действие шума при стереофоническом приёме оказывается более сильным, чем при монофоническом. При стереоприёме область частот, опасная для воздействия шума, много шире.

Ухудшение шумовых свойств стереоприёма по сравнению с монофониприёмом при входном сигнале 100мкВ составляет в среднем 15 дБ. При увеличении величины входного сигнала эта величина уменьшается. С учётом псофометрической кривой, отражающей частотную характеристику человеческого уха, ухудшение сигнал/шум равно 30,2 дБ, т.е. на 5,5 дБ больше, чем без учёта общей кривой.

При стереоприёме не только увеличивается шум по сравнению с моноприёмом, но изменяется существенно и спектральный состав шумов. Спектр шума при стереоприёме более равномерный и низкочастотный. Поэтому, если при обычном ЧМ приёме, ограничивая сверху полосу звуковых частот, можно улучшить отношение сигнал/шум, то при стереоприёме такое ограничение спектра звуковых частот значительно слабее влияет на общий уровень шумов.

9. ПРОВОДНОЕ ВЕЩАНИЕ

Системой проводного вещания называется комплекс устройств, предназначенный для доведения вещательных программ по проводам большому числу слушателей. Проводное вещание осуществляют с помощью узлов проводного вещания (УПВ). Оборудование УПВ делится на станционное, линейное и абонентское. Станционные устройства служат для усиления сигнала источника программы до требуемого значения, а также для преобразования его в удобную для передачи форму. Станции додержат усилительные, передающие и другие радиотехнические устройства. Линейное оборудование, образующее распределительную проводную сеть, состоит из различных линий (воздушных, кабельных, составных) и линейных трансформаторов. Абонентская(приемная) часть состоит из абонентских устройств (АУ), включающих громкоговорители, абонентскою проводку, ограничительные резисторы.

УПВ классифицируются по способу питания распределительных сетей, принципу построения и числу передаваемых программ. УПВ, в котором распределительная сеть питается от усилительных устройств, сосредоточенных в одном станционном сооружении, построены по централизованной схеме. В этих УПВ упрощается задача энергоснабжения станции и обслуживания оборудования. Эксплуатация одной крупной станции экономически более выгодна. Недостатки схемы -- сложность распределительной сети и меньшая ее эксплуатационная надежность. При децентрализованном построении УПВ мощные усилительные устройства в пределах обслуживаемой территории рассредоточены в различных районах на нескольких усилительных станциях. Питание распределительной сети от нескольких источников повышает ее надежность, так как выход из строя одной станции приводит к нарушению работы лишь части системы ПВ. Построение распределительной сети проще. Недостатки -- сложная организация энергоснабжения и большая стоимость станционных сооружений.

По принципу построения различают одно-, двух- и трехзвенные сети проводного вещания. Однозвенными называют сети, у которых АУ подключаются непосредственно к распределительным проводным линиям (РПЛ). В этом случае от источника вещательных программ (ИВП) через соединительную линию (СЛ) сигнал поступает на "вход мощного усилителя (МУ), питающего распределительную сеть. В однозвенных сетях распределительные линии состоят из абонентских линий (АЛ).

Номинальное напряжение звуковой частоты на входе АУ равно 30 В (для отдельных районов Москвы 15 В). Двухзвенная сеть включает линии более высокого напряжения (в городах 240 или 120 В) -- распределительные фидеры РФ, с помощью которых энергию вещательных сигналов можно передавать на далекие расстояния. К каждому распределительному фидеру абонентские линии подключают через понижающие абонентские трансформаторы АТ. Трехзвенная сеть содержит дополнительные звенья: высоковольтные магистральные фидеры МФ, номинальное рабочее напряжение на которых равно 480, 680 или 960 В, и трансформаторные подстанции ТП. Фидерные линии с высоким номинальным напряжением вещательного сигнала включают для уменьшения потерь в распределительных сетях ПВ. ТП предназначены для понижения напряжения, поступающего с МФ на распределительные шины РФ, до 240 или 120 В. Применение той или иной схемы или сети ПВ зависит от величины и конфигурации обслуживаемой территории, количества и распределения по территории абонентских устройств, экономических и эксплуатационных показателей. Различают городские и сельские однопрограммные и многопрограммные УПВ.

Рекомендуют следующее построение городской сети ПВ:

- централизованная система с однозвенной сетью для небольших населенных пунктов, отдельных зданий (санатории, дома отдыха и т. п.) и промышленных предприятий;

- централизованная система с двухзвенной сетью для небольших городов с населением 50--100 тыс. чел. и числом абонентов 10--20 тыс.;

- децентрализованная система с двухзвенной (или трехзвенной) сетью для городов с населением до 150--200 тыс. чел.;

- децентрализованная система с трехзвенной сетью во всех городах с населением свыше 200--250 тыс. чел.

Тип распределительной сети выбирают на основе технико-экономического сравнения вариантов. При проектировании городских сетей ПВ следует учитывать следующие особенности:

- магистральные фидеры трехзвенной сети подключают к мощному вещательному усилителю через фидерный повышающий трансформатор, нагрузкой МФ служит трансформаторная подстанция ТП;

- нагрузка одного МФ составляет 10--20 тыс. АУ, длина каждого МФ в среднем 1,7--7,6 км;

- распределительные фидеры по величине затухания и нагрузки должны мало отличаться друг от друга, длина каждого РФ 1,5--6 км;

- нагрузка на один РФ в городах с малой плотностью населения составляет 500 АУ, в городах с большой, плотностью населения -- 1500--2000 АУ, оптимальное число РФ, питаемых от каждой ОУС или ТП, 6--10;

- суммарное затухание напряжения в распределительной сети от выхода мощного вещательного усилителя до розетки, установленной у абонента на частоте 1000 Гц, не должно превышать 4 дБ, при этом для МФ допустимое затухание, 1--2 дБ, для РФ -- 2--3 дБ и для АЛ--1 дБ;

- линии звукофикации улиц строят в тех случаях, когда мощные громкоговорители нельзя включить в общую сеть, затухание напряжения по длине линий уличной звукофикации не должно превышать 6 дБ;

- неравномерность частотной характеристики распределительной сети в рабочем диапазоне частот (60--9500 Гц для линий первого класса, 100--6000 Гц для линий второго класса) не должна превышать 4 дБ.

Для большинства городов среднее число ОУС не превышает пяти.

Среднее число магистральных рабочих фидерных линий, выходящих из одной ОУС, равно трем и лишь в отдельных случаях -- шести. В городах с децентрализованной трехзвенной сетью ПВ средняя установочная мощность низкочастотных усилителей ОУС 15 кВт.

Мощные усилительные устройства в пределах обслуживаемой территории рассредоточены на нескольких усилительных станциях, называемых опорными ОУС. Подача программ на все ОУС, дистанционное управление и контроль за их работой и работой трансформаторных подстанций ТП осуществляются с центральной станции проводного вещания ЦСПВ по соединительным линиям СЛ и соединительным линиям технического контроля СЛТК, в качестве которых используют телефонные пары городской телефонной станции (ГТС).

Распределительная сеть в городах выполняется на базе воздушных линий, изготовленных из стальных или биметаллических проводов. Магистральные фидерные линии в подавляющем большинстве случаев однородные. Лишь в отдельных случаях в разрыв МФ включают кабельные вставки. Для повышения эксплуатационной надёжности, улучшения качественных показателей, а также с эстетической точки зрения воздушные лини заменяют кабельными сетями и линиями. Поскольку сети ПВ в городах построены, переводить их на кабель будут постепенно при реконструкции сети. Магистральные кабельные линии очень дороги, поэтому при проектировании новых кабельных сетей ПВ применяют двухзвенные кабельные сети. В Тольятти, Риге, Набережных Челнах накапливается опыт по построению и эксплуатации таких сетей.

Рис.7 Графики продольной и перпендикулярной составляющих поля головки (а) и линии равных значений напряжённости поля головки (б)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

А.В. Выходец - "Справочник по радиовещанию", Киев 1981г.