Вещательный сигнал. Вещание
Введение
Вещательный сигнал – электромагнитная волна, характеристики которой могут меняться для передачи теле- или радиопрограмм. Вещательный сигнал – своего рода сообщение, которое передается посредством электротехнических устройств. Сам процесс передачи вещательного сигнала называется вещание. Вещание подразделяется на звуковое (радиовещание и проводное) и телевизионное.
Сигналом звукового вещания (СЗВ) называется колебание, соответствующее речи, музыке или их сочетанию. Звуковое колебание, воздействующее на микрофон или излучаемое громкоговорителем, называется акустическим сигналом. Он характеризуется звуковым давлением, интенсивностью (или силой) звука, звуковой мощностью. Звуковое колебание, передаваемое по цепям системы звукового вещания, представляет собой электрический сигнал, характеризуемый напряжением, током, электрической мощностью.
Телевизионный сигнал — «совокупность электрических сигналов, содержащая информацию о телевизионном изображении и звуке. Телевизионный сигнал может передаваться по радио или по кабелю. Термин употребляется в большинстве случаев применительно к аналоговому телевидению, потому что цифровое оперирует таким понятием, как поток данных». [3]
Как и любая электромагнитная волна, сигнал имеет свою длину – расстояние, на которое распространяется электромагнитная волна за время, равное периоду колебаний векторов в ней.
Для того, чтобы сообщения доходили до широких масс, необходимы соответствующие диапазоны вещания и соответствующая техника.
Спектр (лат. spectrum «виде́ние»)— «распределение значений физической величины (обычно энергии, частоты или массы). Графическое представление такого распределения называется спектральной диаграммой. Как и любая волна, вещательный сигнал претерпевает искажения».[3]
Искажения сигнала — его изменение, вызванное несовпадением идеальных и реальных характеристик системы его обработки и передачи.
Рассмотрим данные характеристики более подробно.
Основная часть
Вещательный сигнал. Вещание
Сигнал - это материальный носитель информации. В природе он проявляется в виде некоторого физического процесса.
Вещание – процесс передачи сигнала на большую территорию для свободного приема всеми, у кого имеется соответствующая аппаратура. Его принято классифицировать на звуковое и телевизионное. Рассмотрим каждое более подробно.
Звуковым вещанием называют процесс циркулярной передачи разнообразной звуковой информации широкому кругу территориально рассредоточенных слушателей посредством специальной совокупности технических средств. Вещания имея огромное общественно-политическое значение, как средство агитации и пропаганды также является средством повышающим культурный и духовный уровень слушателей. Основной задачей художественного вещания является своевременное на высококачественном уровне доведение до слушателей программ звукового вещания.
Звуковое вещание – передача звуковой информации общего назначения широкому кругу территориально рассредоточенных слушателей.
Различают первичные и вторичныезвуковые сигналы. К первичным относятся: сигналы, создаваемые музыкальными инструментами, пением, речью; шумовые сигналы, создаваемые для сопровождения различных музыкальных речевых художественных передач (шум поезда, рокот моря, свист ветра и т. п)
При оценке трактов вещания и связи полагают, что каждый акустический сигнал почти всегда является случайным в вероятностном смысле и несет в себе информацию, соответствующую его объему. Строго говоря, звуковые сигналы художественных программ, не могут рассматриваться как случайные в вероятностном смысле, так как они могут быть хорошо известны слушателям, и поэтому не нести в себе информацию. Для слушателя эти сигналы служат средством удовлетворения эстетических потребностей, а не получения информации. Однако при расчете каналов звукопередачи эти сигналы считают несущими информацию, соответствующую их объему. Хотя в музыкальных сигналах очень большие участки могут иметь периодический характер, в среднем, для больших интервалов времени их также можно рассматривать как случайные. Поэтому параметры звуковых сигналов определяются их распределениями по уровню, по частотному диапазону и во времени.
К вторичным звуковым сигналам относятся сигналы, воспроизводимые электроакустическими устройствами, то есть первичные сигналы, прошедшие по электроакустическим трактам связи и вещания и соответственно видоизмененные по своим параметрам.
Телевизионные сигналы - видеосигнал (сигнал яркости), в который введены строчные и кадровые импульсы для гашения обратного хода электронного луча в кинескопе в процессе телевизионной развёртки. Максимальный размах (амплитуда) телевизионного сигнала ограничен уровнями белого и гашения. Между уровнями гашения и чёрного часто предусматривается так называемый защитный интервал. Вводом в данный сигнал строчных и кадровых импульсов синхронизации развёрток кинескопа образуют так называемый полный сигнал черно-белого телевидения. Синхронизирующие импульсы располагаются в области ниже уровня гашения; их размах составляет 30% от максимального размаха полного сигнала. Полный цветовой телевизионный сигнал представляет собой сигнал яркости с гасящими и всеми синхронизирующими импульсами (включая импульсы цветовой синхронизации), на который наложен сигнал цветовой поднесущей (совместно с сигналом яркости он несёт информацию о передаваемом цвете). Все параметры этого сигнала регламентируются телевизионным стандартом. [ 1]
Полный телевизионный сигнал цветного аналогового телевидения представляет собой совокупность трёх сигналов: видеосигнала, несущего информацию о яркости изображении, цветной поднесущей с закодированной информацией о цвете изображения, и звукового сигнала. Каждый из перечисленных сигналов для передачи на расстояние использует свою несущую частоту, которая определяется конкретным стандартом телевизионного вещания и номером используемого канала. Разница несущих частот видеосигнала и звука строго стандартизирована в каждой стране и не зависит от используемого номера канала вещания. В России принят аналоговый вещательный стандарт, предусматривающий фиксированную разницу несущих видеосигнала и звука в 6,5 МГц.
Вещательный сигнал является случайным процессом, исследованию которого посвящено большое количество работ. Для исследования функции распределения вещательных сигналов их преобразуют с помощью амплитудно-импульсного модулятора в последовательность коротких импульсов равной длительности с амплитудой, которая пропорциональна мгновенному значению сигнала. При этом в соответствии с теоремой В. А. Котельникова «расстояние между соседними импульсами должно быть не более 1/2fв, где fв — наивысшая частота исследуемого сигнала. Хотя вещательный сигнал появляется нестационарным случайным процессом, т. е. вероятностные характеристики такого процесса изменяются с течением времени, его в первом приближении можно считать квазистационарным». [4]
Динамический диапазон
Динамический диапазон - характеристика устройства или системы, предназначенной для преобразования, передачи или хранения некой величины (мощности, силы, напряжения, звукового давления, представляющая логарифм отношения максимального и минимального возможных значений величины входного параметра устройства (системы).
Динамический диапазон – это разница между громкими и тихими местами музыки. Его не следует путать с громкостью и абсолютным уровнем. Динамический диапазон современной популярной музыки обычно всего лишь 6-10 децибел, но иногда в угоду различным музыкальным формам он может быть и 1 децибел, и даже больше 15 dB. В типичной поп-музыке тихие места на 8-15 dB ниже самых громких, могут быть эффективны лишь на короткие промежутки времени, но в академической музыке, джазе и других акустических формах, такие тихие места могут быть продолжительны.
В процессе любой передачи уровень акустического сигнала непрерывно изменяется, причем диапазон его изменения может быть довольно широким. На рис. 1.1, а показана зависимость уровня сигнала от времени, называемая уровнеграммой. Обычно ее приводят для уровня, определенного при постоянно времени измерителя, равной или 150...200 мс (субъективная уровнеграмма) или 20... 3 0 мс (объективная уровнеграмма).
Так как звуковой сигнал изменяется случайным образом, @его интегральное распределение и среднее значение можно определить следующим образ. Возьмем какой-либо уровень, например Lk (рис. 1.1, а). Можно написать, что время, в течение которого уровень сигнала будет не ниже Lk, определится суммой τ k= Δt1 + Δt2 + Δt3 + ••• + Δtn. где Δtn -временные интервалы действия сигнала. Следовательно, относительное время пребывания уровня сигнала над заданным равно gk = τ k/ Т , где Т - длительность времени анализа сигнала (она должна быть достаточно большой: не менее 15с для речи и 1 мин для музыки)».[4] Если таким образом определить величину gk для разных уровней, то можно троить кривую интегрального распределения уровней для данного сигнала. На рис 1.1, б показано такое распределение для рассматриваемой уровнеграммы.
Установлено, что распределения, полученные для первичных музыкальных и речевых сигналов, по форме близки к нормальному закону распределения. Для анализа звуковых сигналов введены понятия квазимаксимального и квазиминимального уровней сигнала Lмакс и Lмин
Рис. 1.1. К определению динамического диапазона:
а) уровнеграмма; б) построение по ней интегрального распределения
«Для квазимаксимального уровня это время принято брать равным 2% для музыкального сигнала и 1 % - для речевого, а для квазиминимального — соответственно 98 и 99% (рис. 1.1, б). Выбор именно таких значений для Lмакс и Lмин основан на том, что более краткие пики и резкие минимумы сигнала практически не воспринимаются слухом (для речевого сигнала процент взят меньше, чем для музыкального, так как очень краткие звуки в речи все же несут некоторую информацию)».[4]
Разность между квазимаксимальным и квазиминимальным уровнями называют динамическим диапазоном
(1.2.)
Динамический диапазон для некоторых видов звуковых сигналов приведён в таблице 1.3.
Таблица 1.3. Динамический диапазон для некоторых видов звуковых сигналов (в децибелах)
Как видно из таблицы, для передачи натурального динамического диапазона требуется высококачественная аппаратура (с большим запасом линейной части амплитудной характеристики). В большинстве случаев динамический диапазон первичных звуковых сигналов превышает возможности аналоговых средств связи и вещания. Поэтому при их использовании приходится предварительно сжимать динамический диапазон или же мириться с появлением значительных искажений в тракте передачи.
В РФ для организации телевизионного и звукового радиовещания с частотной модуляцией (ОВЧ ЧМ) выделены определенные полосы частот. С целью классификации выделенные для телевизионного вещания в стране полосы частот электромагнитных колебаний условно разбиты на пять частотных диапазонов, в которых может быть размещено 73 радиоканала:
I диапазон 48,5…66 МГц (радиоканалы 1 и 2);
II диапазон 76…100 МГц (радиоканалы 3…5);
III диапазон 174…230 МГц (радиоканалы 6…12);
IV диапазон 470…582 МГц (радиоканалы 21…34);
V диапазон 582…960 МГц (радиоканалы 35…82).
Как видим, вещательный динамический диапазон настолько широк, что в большинстве случаев он не может быть передан через тракты вещательных каналов без предварительной обработки, т. е. без сжатия (компро-миссии) динамического диапазона. Но и речевой информационный сигнал имеет широкий динамический диапазон по отношению к трактам связи и поэтому его приходится предварительно сжимать или же мириться с появлением значительных искажений его в самом тракте передачи.