Суммарно-разностный преобразователь

UmUs Um-Us а

+U Uo

Рис. 6.4. Микрофонная система MS

выходного сигнала микрофона. На рис. 6.4, б этот факт нашел отражение в изменении полярности напряжения.

При воспроизведении звука к левому громкоговорителю подается сумма напряжений от обоих микрофонов (и+и), а к правому -разность напряжений (U-Us). Разделение левого и правого стереофонических сигналов производится с помощью суммарно-разностного преобразователя. Результат работы суммарно-разностного преобразователя показан на рис. 6.4, е.

Способ MS имеет явные преимущества. Канал М является полноценным монофоническим сигналом, таким образом система MS полностью совместима. Кроме того, звукорежиссер в процессе формирования стереосигнала может электрическим путем (с помощью регулятора) изменять соотношение сигналов М и S и тем самым изменять стереоэффект. В системе XY для этого пришлось бы поворачивать сами микрофоны.

6.2. Стереофоническое радиовещание

Стереофоническое звуковоспроизведение в домашних условиях осуществляется с помощью лазерных проигрывателей, электрофонов и магнитофонов. Однако одним из наиболее перспективных путей внедрения стереофонии является передача стереофонических сигналов по радиоканалам. В период внедрения было предложено более 30 систем стереофонической радиопередачи. Из них основными были системы передачи, осуществляемые:

1) на двух несущих частотах с амплитудной модуляцией (AM);

2) на боковых полосах с раздельной AM одной несущей;

3) с квадратурной модуляцией, т.е. с раздельной модуляцией стереосигналами одной несущей частоты, колебания которой сдвинуты на 90°;

4) посредством АМ-ЧМ одной несущей;

5) посредством импульсной модуляции, при которой импульсы модулированы по амплитуде поочередно сигналами А и В. При временной селекции отдельно детектируются последовательности четных и нечетных импульсов;

6) по принципу полярной модуляции (Россия);

7) с помощью пилот-сигнала (США).

Выбор системы стереофонического радиовещания определяется теми техническими требованиями, которым она должна удовлетворять. В частности, необходимо обеспечить прямую и обратную совместимости и минимальное по сравнению с моноприемом уменьшение зоны уверенного стереоприема.

Прямая совместимость заключается в предоставлении радиослушателю возможности принимать стереофоническую передачу на обычный монофонический радиоприемник (естественно, в моноварианте), а обратная - в приеме на стереофонический приемник обычной передачи без потерь качества, но, конечно, без стереофонического эффекта.

Кроме того, система должна допускать возможность использования для стереофонического вещания уже установленных MB ЧМ передатчиков путем добавления к ним необходимой модулирующей аппаратуры. Это требование обусловлено экономическими соображениями, так как в настоящее время в стране используется большое число MB ЧМ передатчиков.

Анализ работы описанных выше способов передачи стереосигналов показывает, что способ 1 принципиально неприменим, поскольку не отвечает требованиям совместимости и, кроме того, занимает два радиоканала. Способы 2 и 3, пригодные, в принципе, для диапазона средних волн, не нашли практического применения из-за сложности приемных устройств и плохой прямой совместимости. По этим же причинам не нашел применения и способ 4. Способ 5, отвечающий основным требованиям к системе стереовещания, отличается широким спектром частот излучаемых колебаний, что является существенным недостатком. Наилучшим образом отвечают технико-экономическим требованиям способы 6 и 7.

Стереофоническое вещание у нас в стране ведется по системе с так называемой полярной модуляцией. Идея полярной модуляции понятна из рис. 6.5, а, на котором положительные полупериоды (полюсы) колебаний модулированы по амплитуде одним сигналом, а от-

Fa Fb

fo f

Рис. 6.5. Принцип полярной модуляции (а) и спектр полярно-модулированного сигнала (б) при модуляции двумя частотами

рицательные полупериоды - другим. Поэтому верхняя и нижняя огибающие полярно-модулированного колебания (ПМК) несут два вида информации - от левого и от правого микрофонов.

Спектральный анализ ПМК показывает, что в его спектре содержатся звуковые частоты (см. рис. 6.5, б), вследствие чего такой сигнал не может непосредственно излучаться антенной передатчика. Поэтому полярно-модулированным сигналом модулируют по частоте несущую УКВ передатчика. Сам же полярно-модулированный сигнал получают, модулируя поднесущую 31250 Гц.

Отметим, что монофонический приемник может воспроизвести только звуковую часть спектра ПМК, поэтому, если в области звуковых частот передавать только сигнал А (или Б), звучание будет неполноценным, поскольку содержит информацию только о левой (или правой) части сцены. Чтобы удовлетворить требованию совместимости, в полосе звуковых частот передается сумма сигналов А + В, а в диапазоне ультразвуковых частот - информация о разностном сигнале А-В (рис. 6.6, а).

0,03 15

16,25 31,25 46,25 / кГц

А + В

0,03 15

16,25 31,25 46,25 /, кГц

Рис. 6.6. Спектр полярно-модулированного сигнала (а) и комплексного

стереосигнала (б)

Прежде чем промодулировать несущую частоту передатчика, нужно подвергнуть ПМК дополнительной обработке. Необходимость этого обусловлена тем, что по действующим стандартам максимальная девиация частоты передатчика ограничена значением 50 кГц как в МОНО-, так и в стереорежиме. Поэтому при модуляции несущей частоты полярно-модулированным колебанием значительная часть девиации несущей (более 50 %) приходится на передачу поднесущей. Это приведет к тому, что прием стереофонической передачи на обычный приемник будет производиться с уменьшением громкости (на 7 дБ) по сравнению с громкостью обычной монофонической передачи.

Для устранения этого недостатка в полярном модуляторе производится частичное подавление поднесущей частоты, т.е. уменьшение ее амплитуды в 5 раз (14 дБ). В этом случае обеспечивается почти полная совместимость: уменьшение громкости приема стереопередачи по сравнению с монофонической программой составляет 2 дБ, что почти не заметно для человеческого слуха. Спектр ПМК с частично подавленной поднесущей показан на рис. 6.6, б. Для повышения помехозащищенности сигналов Д и 6 в области верхних частот, где уровень спектральных составляющих существенно меньше, чем на средних частотах, введена RC-цепь предьюкажений сигналов А и Б стереопары, ее постоянная времени стандартизована и составляет 50 мкс. Такой сигнал называется комплексным стереосигналом (КСС).

Структурная схема передающего тракта отечественной системы стереофонического радиовещания приведена на рис. 6.7.

В американской системе (она называется системой с пилот-тоном) также формируется комплексный стереосигнал. Его спектр (рис. 6.8, а) тоже содержит две части: низкочастотную, представляющую собой сумму А + В сигналов стереопары, и надтональную - АМ-колебание с полностью подавленной поднесущей. Частота поднесущей в американской системе выбрана равной 38 кГц. Чтобы иметь возможность

Стереомодулятор А + В

31,25 кГц

[{СС Радиопередатчик

- I -1- цпп ~{/\~ Ц

ЧМ-модулятор

Рис. 6.7. Структурная схема передающего тракта системы стереофонического радиовещания (ЦПП - цепь подавления поднесущей)

Глава 6. Перспективы развития радиовещания

И + В

0,05 15

А-В /

0,05 15 19 23 38 53 / кГц

33,5 б

/,кГц

Рис. 6.8. Спектр частот американской системы с пилот-тоном (а) и шведской системы ЧМ-ЧМ (б)

точно восстанавливать частоту поднесущей на приемной стороне системы, в спектре КСС дополнительно введен пилот-сигнал частотой 19 кГц, передаваемый уровнем в 10 раз ниже номинального.

Уменьшение громкости при приеме на монофонический приемник в системе с пилот-тоном составляет всего 1 дБ. Однако в системе с пилот-тоном устройства разделения стереофонических сигналов более сложные из-за наличия системы синхронизации поднесущей частоты.

Кроме отечественной и американской систем Международным союзом электросвязи (МСЭ) рекомендована система ЧМ-ЧМ, предложенная (значительно позже первых двух) Швецией. Отличие ее от рассмотренных систем заключается в том, что поднесущая частота модулируется не по амплитуде, а по частоте (см. рис. 6.8, б). Кроме того, сигнал А-В для повышения его помехозащищенности подвергается компандированию (канал А-В стереомодулятора содержит компрессор, а стереодекодер - соответственно экспандер).

Декодирование стереосигналов. При реализации стереодекоде-ров применяют следующие методы детектирования ПМК: по огибающей с помощью полярного детектора; с предварительным разделением спектра на низкочастотную и надтональную части; с временным разделением каналов (рис. 6.9).

В любом амплитудном детекторе максимум переходного затухания и минимум нелинейных искажений достигаются, если частота модулирующего сигнала намного меньше несущей частоты. В полярном детекторе (см. рис. 6.9, а) верхняя модулирующая частота и поднесущая соизмеримы (15 и 31,25 кГц). Поэтому даже при наличии различного рода цепей коррекции его параметры не являются достаточно высокими: коэффициент гармоник на частоте 1000 Гц равен 0,8-1,2 %, переходное затухание 34 дБ. С повышением частоты оба па-

50 МКС

Цепь коррекции АЧХ

А В

-г ВП

А + В

А В

Рис. 6.9. Методы декодирования стереосигналов

раметра ухудшаются: на верхних частотах коэффициент гармоник возрастает до 2,2 %, переходное затухание падает до 20 дБ.

Метод детектирования КСС с разделением спектра реализуется устройством, показанным на рис. 6.9, б. Фильтром нижних частот (ФНЧ) выделяется низкочастотная часть спектра КСС, представляющая собой сигнал А + В. Кроме ФНЧ, комплексный стереофонический сигнал поступает в цепь восстановления поднесущей ВП и далее полосовым фильтром ПФ с граничными частотами 16,25 и 46,25 кГц из ПМК выделяется его надтональная часть, представляющая собой колебание, модулированное по амплитуде сигналом А-В. Это АМ-колебание детектируется обычным детектором (Д).