Таблица 4.2. Стандартные показатели цифровых сигналов

деомагнитофоне при наличии дополнительного внешнего устройства - звукового процессора.

Учитывая, ЧТО проблемы цифровой звукотехники выходят за рамки данного учебника, отметим только основные показатели качества сигнала при цифровом преобразовании.

Характер искажений и помех в цифровой звукотехнике существенно отличается от такового в аналоговой, и это затрудняет прямое сравнение качества сигналов в общепринятой системе показателей. В аналоговом звуковом тракте накопление искажений и помех подчиняется следующим закономерностям:

1. Частотные искажения в масштабе децибел алгебраически суммируются. Положим, что оригинал записи сделан на аппаратуре со спадом частотной характеристики в 1,5 дБ. Тогда третья копия, сделанная на равноценной аппаратуре, будет иметь на той же частоте спад 6 дБ.

2. Шумы складываются квадратично, следовательно при условии равноценности аппаратуры уровень шумов каждой копии на 3 дБ выше уровня шумов предыдущей копии; уровень шумов третьей копии на 9 дБ выше, чем у оригинала записи.

3. Нелинейные искажения накапливаются постепенно, определенного закона их суммирования указать нельзя. В области слабых сигналов нелинейные искажения пренебрежимо малы, их уровень возрастает с увеличением уровня сигнала.

В цифровой звукотехнике применяются корректирующие коды, которые позволяют исправлять ошибки передачи отсчетов мгновенных значений сигнала. Исправление ошибок обычно происходит в два этапа. На первом этапе исправляются или не исправляются отдельные ошибки передачи отсчетов. Если ошибка исправлена - сигнал передается дальше, а если нет - наступает второй этап коррекции сигнала - интерполяция. Интерполяция отдельной ошибки заключается в передаче среднего арифметического двух соседних правильных отсчетов, а интерполяция пакета ошибок - в запоминании последнего правильного отсчета и удержании его до прихода следующего правильного отсчета. Поэтому искажения и помехи в пределах возможностей корректирующих кодов слабо влияют на качество ана-

ЛОТОВОГО сигнала, восстановленного из цифрового. Если накопилось столько ошибочных символов, ЧТО корректирующие коды с ними не справляются, то ухудшение качества сигнала наступает внезапно и проявляется в виде сильных щелчков. При работе интерполятора возникают специфические искажения, так как форма звукового сигнала на промежутках интерполяции сглаживается. Заметность этих искажений не исследована и их величина не нормируется.

Нелинейные искажения аналогового сигнала, полученного на выходе цифрового тракта, зависят от числа отсчетов, которым передан сигнал: они велики в области слабых сигналов, а затем сохраняются пренебрежимо малыми до тех пор, пока не наступит ограничение сигнала во входной цепи АЦП. Основным источником искажений является ошибка квантования, она же является основным источником помехи. Слуховое восприятие ошибки квантования существенно зависит от характера передаваемого сигнала. При отсутствии в сигнале выраженных тонов (оркестр, хор, согласные звуки речи, шумы) ошибка квантования воспринимается как шумовая помеха. В присутствии выраженных тонов (вокальное и инструментальное соло, гласные звуки речи) слышны призвуки, в том числе порожденные нижней боковой модуляционной полосой. Последние могут лежать на шкале частот ниже основного тона полезного сигнала.

Для борьбы с ошибкой квантования и ее звуковыми проявлениями

- увеличивают число уровней квантования;

- вводят на вход АЦП слабый посторонний шумовой сигнал, так называемый раскачивающий шум, и тем самым уменьшают слуховую заметность ошибки квантования, поскольку зависимость звучания ошибки от особенностей сигнала ослабевает, и она проявляется только как шумовая помеха.

Применение в профессиональной и высококачественной бытовой аппаратуре 16-разрядного квантования вызвано желанием уменьшить ошибки квантования и обусловленные ими искажения звука, а не стремлением достичь широкого динамического диапазона.

Динамический диапазон цифрового сигнала оценивают величиной D = 20(с7-1)1д2 6(д-1), где g- разрядность квантования.

Отношение сигнал-шум рассчитывают по формуле: с/ш ~ 6д ч-1,8.

При 16-разрядном квантовании динамический диапазон составит 90 дБ, а отношение сигнал-шум - 98 дБ. Однако к сопоставлению этих цифр с динамическим диапазоном натуральных источников звука, что иногда встречается в литературе, и к выводам о потенциальных возможностях цифровой звукотехники передавать полный динамический диапазон натуральных звучаний следует относиться осторожно. Звукорежиссеры не по техническим причинам, а по творческим соображениям не стремятся передавать звучания в натуральном динамическом диапазоне и редко выходят за пределы 60 дБ.

Отношение сигнал-шум, полученное при сравнении максимального неискаженного сигнала с шумом квантования, нельзя сопоставлять с отношением сигнала к шуму паузы (или с обратной ему величиной -уровнем шума паузы) в аналоговых звуковых трактах. Во-первых, уровень собственных помех аналоговых трактов вычисляют относи- тельно номинального, а не максимального выходного сигнала, поэтому к найденному показателю надо добавить перегрузочную способность тракта. Во-вторых, шум паузы является статистически независимой от сигнала аддитивной помехой, а шум квантования - модуляционной помехой, коррелированной с сигналом. В паузе шума квантования нет. В аналоговых трактах бывают статистически независимые от сигнала модуляционные помехи, например паразитная амплитудная модуляция в магнитной звукозаписи. В сравнении с ними шум квантования имеет ту особенность, что им модулируются не спектральные составляющие сигнала, а тактовая частота и ее гармоники.

Сравнительная оценка аналоговых и цифровых вещательных сигналов на сегодня такова. Студийные оригиналы записи - аналоговые и цифровые - по качеству звучания приблизительно равноценны. Главное преимущество цифрового сигнала перед аналоговым состоит в его высокой защищенности от помех и искажений в звуковых трактах, потому что источники искажений и помех мало влияют на информативные параметры цифровых сигналов. Этим оправдано изготовление цифровых копий, например цифровых грампластинок, с аналоговых оригиналов и преобразование аналоговых сигналов в цифровые для передачи по каналам связи.

Контрольные вопросы

1. Какие задачи решаются путем обработки сигналов ЗВ?

2. Как классифицируются авторегуляторы уровней сигналов ЗВ?

3. Из каких соображений выбираются временные параметры авторегуляторов?

4. Приведите структурную схему инерционного авторегулятора уровней и поясните назначение его функциональных узлов.

5. Поясните принцип работы компандерной системы шумоподавления.

6. Поясните принцип работы шумоподавителя Долби.

7. Как работает шумоподавитель DNL?

8. Поясните назначение и принцип работы устройств для создания специальных звуковых эффектов (фильтры присутствия, вокалстрессоры, генераторы вибрато, эксайтеры, устройства изменения высоты тона). В чем заключается особенность цифровой обработки сигналов звукового вещания?

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. Ю.А. Ковалгина. - М.: Радио и связь, 1993.-464 с.

3. Ефимов Д.П. Цифровые аппаратные звукового вещания. - М.: Московский технический университет связи и информатики,1993. -25 с.

4. Радиовещание и электроакустика / Под ред. М.В. Гитлица. - М.; Радио и связь, 1989.-432 с.

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

Глава 5. Системы проводного вещания и оповещения

5.1. Общие принципы организации проводного вещания

Проводным вещанием называется система, состоящая из комплекса аппаратуры и сооружений, с помощью которых сигналы звукового вещания распределяются по проводным сетям и поступают к слушателям*. Этим проводное вещание отличается от радиовещания, при котором сигналы поступают на вход индивидуальных приемных устройств (радиоприемников) в виде свободно распространяющихся эпектромагнитных волн. Основным структурным элементом системы проводного вещания является узел проводного вещания, ипи радиотрансляционный узел (РТУ). Узел проводного вещания (УПВ) содержит комплекс оборудования для приема, преобразования, усиления и передачи по проводам программ звукового вещания.

Оборудование узла состоит из станционного оборудования, линейных сооружений и абонентских устройств.

Станционное оборудование обеспечивает получение мощности, необходимой для нормальной работы всех абонентских устройств. Основными элементами станционного оборудования узлов однопро-граммного вещания являются усилители звуковой частоты, а узлов трехпрограммного вещания (ТПВ) - еще и передатчики. Кроме того, к станционному оборудованию относится аппаратура регулирования передаваемых сигналов, контроля, управления, коммутации и электропитания.

Совокупность линейных сооружений образует сеть проводного вещания, ипи радиотрансляционную сеть (РТС). Она состоит из системы двухпроводных линий и вспомогательных устройств, с помощью которых энергия сигналов звукового вещания передается от усилителей и передатчиков к абонентским устройствам.

Абонентскими устройствами (АУ) являются абонентские громкоговорители для однопрограммных сетей и так называемые трехпро-граммные громкоговорители для сетей ТПВ. Трехпрограммный гром-

Следует отметить, что в литературе, документах и в быту часто встречаются терминологические неточности - вместо общего понятия звуковое вещание используется термин радиовещание , а вместо понятия проводное вещание - неправильные словообразования радиотрансляция , радиофикация , тогда как очевидно, что термин радио означает беспроводная связь .

коговоритель является комбинацией абонентского громкоговорителя с приемником высокочастотных сигналов второй и третьей программ.

Система проводного вещания обладает рядом преимуществ по сравнению с системой радиовещания.

1. Экономические показатели проводного вещания выше, чем радиовещания. Передача энергии сигналов с помощью направляющих систем - линий проводного вещания - уменьшает потери энергии. Расход материала на изготовление абонентского устройства проводного вещания во много раз меньше расхода материалов на изготовление радиовещательного приемника. Удельные капитальные затраты на строительство УПВ, т.е. затраты, отнесенные к одному АУ, меньше удельных капитальных затрат на строительство передающих радиовещательных центров, а удельный расход электроэнергии в десятки раз меньше аналогичного показателя для индивидуального радиовещательного приемника, так как КПД оконечных усилителей проводного вещания много больше КПД радиовещательных передатчиков.

2. Пользование абонентским устройством проводного вещания представляет ряд преимуществ его владельцу. Абонентское устройство проводного вещания проще в обращении, надежнее и значительно дешевле радиовещательного приемника. Расходы абонента проводного вещания на электропитание абонентского устройства ничтожны или вовсе отсутствуют.

3. Качество воспроизведения вещательной программы абонентским устройством проводного вещания выше, чем качество воспроизведения массовым радиовещательным приемником.

4. Количество вещательных программ, передаваемых в пределах заданной территории, ограничено ввиду недостатка радиоканалов. Использование систем проводного вещания позволяет сравнительно просто увеличить число программ.

5. С помощью системы проводного вещания легко организовать местное вещание в пределах одного населенного пункта.

6. Система проводного вещания является хорошим средством оповещения населения о стихийных бедствиях, так как она всегда готова к действию.

Преимущества проводного вещания привели к тому, что вопреки прогнозам о неизбежном сокращении проводного вещания по мере развития радиовещания и телевидения оно продолжает успешно развиваться.

Число абонентских установок приближается к 125 млн, трехпро-граммное проводное вещание внедрено более чем в 1400 населенных пунктах.

В зависимости от построения РТС могут быть одно-, двух- и трех-звенными (рис. 5.1).