Глава 3. Системы и сети звукового вещания

3. Нарисуйте типовую схему тракта формирования программ.

4. Каково назначение центральной аппаратной? Приведите ее структурную схему.

5. В чем заключаются особенности организации междугородных каналов для передачи стереофонических программ?

6. Поясните принципы построения цифровых систем передачи сигналов звукового вещания.

7. В чем заключаются особенности цифровой обработки сигналов звукового вещания?

8. Каким образом регламентируется работа систем радиовещания в мировой практике?

9. Поясните особенности организации радиовещания в различных диапазонах волн.

10. Что называют зоной обслуживания радиовещательного передатчика?

11. Поясните преимущества и недостатки синхронного радиовещания.

12. Каким образом можно уменьшить зону искажений в сети синхронного радиовещания?

Список литературы

1. Выходец А.В., Коваленко В.И., Кохно М.Т. Звуковое и телевизионное вещание. -М.: Радио и связь, 1987. -448 с.

2. Звуковое вещание: Справочник / Под ред. ЮЛ. Ковалгина. - М.: Радио и связь, 1993.-464 с.

3. Супаков Н.А. Основы радиовещания. - М.: Радио и связь, 1989. - 216 с.

4. Шувалов В.П., Катунин Г.П., Крук Б.И. и др. Системы электросвязи. - М.: Радио и связь, 1987. - 512 с.

Глава 4. Обработка звуковых сигналов

4.1. Задачи обработки звуковых сигналов

Под обработкой понимают такие преднамеренные преобразования вещательных сигналов, которые производят для создания специальных эффектов, коррекции частотных искажений, изменения тем-бральной окраски звучания, снижения шумов, сжатия динамического диапазона сигналов до пределов, обусловленных параметрами каналов связи и особенностями прослушивания программы в домашних условиях, и т.д.

Для сигналов художественного вещания главной задачей обработки является обеспечение общего высокого качества, для сигналов информационного вещания - обеспечение прежде всего высокой разборчивости речи. При этом должен быть по возможности сохранен естественный динамический диапазон звуковых сигналов.

В зависимости от изменяемого параметра полезного сигнала различают обработку ло спектру (частотная обработка), ло уровням (динамическая обработка), шумоподавление и спецэффекты. Частотную обработку производят с помощью корректоров (набора различных фильтров), динамическую - с помощью ручных и автоматических регуляторов уровня, спецэффекты - с помощью ревербераторов, линий задержки, гармонайзеров и других устройств, шумы снижают шумопо-давителями.

Очень часто необходимо изменять спектр сигналов звукового вещания. Чаще всего требуется выравнивать амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) каналов передачи звуковых сигналов, особенно в области верхних частот. Однако иногда требуется иметь не горизонтальную АЧХ, а деформированную. Например, для повышения разборчивости речи рекомендуется осуществлять спад в области низких частот звукового диапазона и подъем на частотах 3...5 кГц. Для создания так называемого эффекта присутствия (кажущегося присутствия слушателя в одном помещении с исполнителем) звукорежиссеры изменяют АЧХ в диапазоне 0,7...4 кГц. Для уменьшения низкочастотного фона и шумов вкпючают фильтры низших и высших частот, называемые фильтрами среза.

Одним из основных параметров сигнала звукового вещания является его динамический диапазон. Под динамическим диапазоном понимают отношение максимального значения сигнала к минимальному, т.е. D = 20\g(U,JU J.

Таблица 4.1. Усредненные значения динамических диапазонов сигналов звукового вещания

Различают естественный (натуральный) диапазон музыки и речи и динамический диапазон вещательного сигнала в электрическом канале. В табл. 4.1 приведены усредненные значения динамических диапазонов некоторых сигналов.

Из таблицы видно, что возможности каналов не позволяют передать по ним натуральный динамический диапазон. Поэтому звукорежиссеры с помощью регуляторов уровня сжимают динамический диапазон до требуемого значения.

В домашних условиях вещательные передачи обычно прослушивают при максимальных акустических уровнях порядка 80 дБ, а акустические шумы в помещении достигают 35...40 дБ. Следовательно, минимальный уровень полезных сигналов должен быть не ниже 40 дБ. Таким образом, исходя из реальных условий прослушивания в домашних условиях, динамический диапазон вещательных сигналов не должен превышать (80-40) 40 дБ. Следовательно, исходя из условий прослушивания, передавать по каналам вещания динамический диапазон более 40 дБ не только невыгодно, но и нецелесообразно.

Для каналов радиовещания недопустим уровень сигнала, превышающий номинальное значение, так как при этом появляются большие нелинейные искажения. Так, при возрастании уровня сигнала на входе AM передатчика на 2 дБ сверх номинального значения, т.е. примерно на 25 %, коэффициент гармоник возрастает с 2,5 до 12 %. Аналогичные явления имеют место в мощных усилителях проводного вещания. Кроме того, при увеличении входного уровня сверх номинального значения передатчик или усилитель может выйти из строя. Чтобы этого не произошло, осуществляют их защиту с помощью ограничителей. Изменяя уровни ручными и автоматическими регуляторами, звукорежиссеры осуществляют динамическую обработку сигналов.

Большинство устройств обработки сигналов звукового вещания расположены в пульте звукорежиссера или непосредственно связаны с ним. Кроме того, такие устройства обработки, как частотные корректоры и автоматические регуляторы уровня, устанавливают в каналах связи и на входе передатчиков и мощных усилителей.

4.2. Регулирование уровня и динамического диапазона

Регулирование уровня бывает ручное и автоматическое. В свою очередь ручное регулирование подразделяют на оперативное и установочное.

Ручное регулирование уровня осуществляют с помощью ручных регуляторов, управляемых звукорежиссером, - при оперативном регулировании и техническим персоналом предприятий связи - при установочном. Автоматическое регулирование производится сжимате-лями и расширителями динамического диапазона, ограничителями максимальных уровней, ограничителями минимальных уровней и иными устройствами.

Оперативное регулирование уровня производят только в процессе формирования программы. Главное оборудование этих аппаратных -пульт звукорежиссера и магнитофоны для записи и воспроизведения вещательных программ. Результаты регулирования контролируют с помощью указателей уровня и громкоговорящих агрегатов.

Во всех остальных точках вещательного канала производят лишь установочное регулирование уровня. Его цель - установление таких коэффициентов передачи звеньев вещательного канала, при которых максимальные уровни сигнала в каждой точке канала будут соответствовать номинальным.

Установочное регулирование проводят до начала передачи вещательной программы, обычно на измерительных (испытательных) сигналах, подаваемых из вещательной аппаратной.

Для получения наилучшего звучания вещательной программы звукорежиссер заранее изучает звуковой материал, подлежащий записи и выраженный в форме партитуры или сценарного плана, знакомится с техническими характеристиками вещательного канала, пользуется выработанными практикой приемами регулирования. Регулирование производят таким образом, чтобы создать у слушателей достаточно хорошее художественное впечатление и в то же время не допускать ухода уровня за пределы, устанавливаемые правилами эксплуатации технических средств вещания.

Возможности человека в отношении быстроты реакции, точности и надежности выполнения операций ограничены. Кроме того, сказываются утомление, эмоциональное состояние и другие психофизиологические факторы. Исследования показали, что время реакции звукорежиссера не менее 2 с, даже если партитура музыкального произведения ему известна. Это приводит к погрешности в поддержании максимальных уровней музыкальных программ до ±4 дБ относительно номинала. Поэтому в помощь звукорежиссеру создано большое число различных устройств автоматической обработки уровней сигналов - авторегуляторов уровня (АРУР).

Например, если звукорежиссер не успеет отреагировать на быстрое нарастание уровня, ограничитель максимального уровня, обладающий большей скоростью реакции, автоматически уменьшит коэффициент передачи и тем самым предотвратит поступление сигнала чрезмерного уровня в последующие звенья канала. В этом первое назначение авторегуляторов уровня.

При работе авторегуляторов в режиме сжатия динамического диапазона увеличивается средняя мощность сигналов, и вследствие этого повышается эффективность работы оконечных устройств - радиопередатчиков, мощных усилителей и т.п. В этом второе назначение авторегуляторов.

При совместной работе сжимателя и расширителя, устанавливаемых соответственно в начале и в конце канала передачи (компандер-ная система), значительно улучшается качество передачи по каналам с большим уровнем шумов - в этом третье назначение авторегуляторов уровня.

В некоторых случаях, например при речевых передачах информационного характера, регулирование уровня может быть полностью доверено автоматическим регуляторам.

Классификация и типы авторегуляторов. Авторегуляторы уровня звуковых сигналов классифицируются следующим образом.

По критерию инерционности: безынерционные амплитудные ограничители (пикосрезатели); инерционные; комбинированные.

По виду амплитудных характеристик и выполняемым функциям: ограничители максимальных уровней (в литературе также называются лимитеры ); сжиматели (компрессоры) динамического диапазона; расширители (экспандеры) динамического диапазона; шумоподави-тели; устройства со сложным преобразованием динамического диапазона (авторегуляторы громкости).

По виду регулировки: с прямой и обратной регулировкой. В первом случае сигнал для канала управления снимается до регулируемого элемента, во втором - после него (иногда используется их сочетание).

По характеру управления: с управлением от сигналов самой радиовещательной передачи; с программным управлением от внешнего источника, например автомикшеры.

Безынерционные амплитудные ограничители (пикосрезатели) срезают пики сигнала сверх некоторого установленного значения Uq , как это показано на рис. 4.1.

При превышении мгновенным значением напряжения порога (определяется напряжением стабилизации стабилитрона) возникает ток через стабилитроны VD1, VD2, вызывающий падение напряжения на ограничительном резисторе f?orp. благодаря чему и происходит стабилизация напряжения на пороговом уровне. Основным недостатком

VD1 7 VD2

Рис. 4.1. Принцип работы и схема пикосрезателя

пикосрезателя являются недопустимые нелинейные искажения. Так, например, при ограничении на 10 дБ Кг = 30 %. По этой причине пикосрезатели используются лишь для ограничения кратковременных (до 2 мс) пиков срабатывания и устанавливаются после инерционных ограничителей.

Для того чтобы авторегулятор не вносил нелинейных искажений, он должен быть инерционным, т.е. инерционные авторегуляторы -это такие устройства, у которых изменение коэффициента передачи происходит не сразу после изменения сигнала на его входе, а с некоторой задержкой во времени. Для оценки инерционности АРУР введены две динамические (временные) характеристики: срабатывания (установления) и восстановления. Для всех АРУР (кроме шумопода-вителя) срабатыванием принято считать реакцию авторегулятора на увеличение уровня сигнала, а восстановлением - на его уменьшение.

Время срабатывания tp - это интервал между моментом, когда от источника начинает подаваться сигнал с уровнем на 6 дБ выше номинального значения, и моментом, когда выходной уровень уменьшится с 6 до 2 дБ по отношению к номинальному значению (рис. 4.2).

Время восстановления - это интервал времени между моментом, когда уровень сигнала от источника снижается с 6 дБ до номинального значения О дБ, и моментом, когда выходной уровень увеличится от -6 до -2 дБ по отношению к номинальному значению.

Выбор временных параметров авторегуляторов определяется назначением конкретного типа АРУР и практическими соображениями. С одной стороны, чтобы авторегулятор не вносил нелинейных искажений, желательно иметь большое время срабатывания, например на порядок больше периода сигнала. С другой стороны, для того чтобы авторегулятор не искажал динамики звукового сигнала, его время срабатывания должно быть меньше времени так называемой звуковой атаки - времени установления звука в помещении. Время установления звука является индивидуальной характеристикой источника звука, и именно оно во многом определяет характер его звучания. Поэтому время срабатывания должно быть меньше времени установле-