Дипломная (вкр): Измерение характеристик сигналов стереофонического радиовещания

Измерение характеристик сигналов стереофонического радиовещания

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И

ИНФОРМАТИКИ

КОЛЛЕДЖ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Тема: Измерение характеристик сигналов стереофонического радиовещания

Выполнил: студент группы Р-41 Саури А.Д.

Руководитель: Смирнов А.В.

МОСКВА 2014

Содержание

1. Теоретическая часть

Введение

.1 Способы передачи и воспроизведения стереофонического эффекта

.1.1   Способы формирования стереофонических сигналов

.2 Системы стереофонического радиовещания

.2.1 Обзор систем

.2.2 Система с полярной модуляцией

.2.3 Система с пилот-тоном

.2.4 Система с двойной частотной модуляцией

.3 Стереофонические радиоприемники

.3.1 Структурная схема стереофонического радиоприемника

.3.2 Высокочастотный тракт стереофонического радиоприемника

.3.3 Стереодекодеры

.3.3.1 Декодеры с полярным детектором

.3.3.2 Суммарно-разностные декодеры

.3.3.3 Декодеры с переключением

Заключение теоретической части

. Практическая часть

.1 Описание лабораторного стенда

.1.1 Структурная схема и принцип работы

.1.2 Радиоприемник (Магнитола Sony)

.1.3 Буферный усилитель

.1.4 Цифровой осциллограф PCSGU250, ПК и ПО PC-LAB2000LT

.2 Результаты экспериментального исследования сигналов стереофонического радиовещания

.2.1 Порядок проведения измерений

.2.2 Результаты измерений системы с пилот-тоном

.2.3 Результаты измерений системы с ПМК

Заключение

Список используемой литературы

1. Теоретическая часть

Введение

Стереофонический эффект и его составляющие.

Задача, поставленная перед домашними стереофоническими устройствами, формулируется обычно таким образом: слушатель, находясь в домашней обстановке, в комнате квартиры, должен получить более полное, чем при монофонии, впечатление о звуковой картине, создающейся в студии, концертном или театральном зале. При этом важно, чтобы впечатление от звучания было близко к тому, которое ожидает слушатель на основе опыта, сложившегося у него от посещения концертных залов, театров и т. д. Звучание должно удовлетворять определенному эстетическому условию, «слуховому ожиданию».

В некоторых литературных источниках, особенно популярных, утверждается, что главная задача стереофонии - предоставить слушателю возможность определять направление на источник звука, заниматься своеобразной звуковой локацией. Действительно, при стереофоническом воспроизведении можно определить направление на звучащий источник. Но это - не реальный, не истинный источник, а лишь его отображение, кажущийся источник звука (КИЗ). Его положение не совпадает с положением звучащего источника в первичном помещении.

А главное, локализационные эффекты не могут быть самоцелью. Вряд ли слушателю доставит эстетическое удовольствие сознание того, что звуки виолончели или деревянных духовых исходят из центра звуковой картины, а звучание контрабасов доносится справа. Слушатель воспринимает звучание в целом.

Наконец, можно встретить суждение, что задачей стереофонии является полное повторение ощущений, которые испытывает слушатель, находясь в зале. Эта задача, хотя не очень привлекательная, невыполнима. Ощущения человека, находящегося в концертном зале, театре, складываются в результате взаимодействия различных органов чувств.

Правда, при передаче легкой, эстрадной, особенно «электронной» музыки, драматических постановок (радиоспектаклей) дело обстоит несколько иначе. Здесь удается значительно усилить впечатление по сравнению с исходным звучанием. «Слуховое ожидание» как истинная реальность в этих случаях слушателю практически неизвестно, и звуковая картина создается во вторичном помещении звукорежиссером совместно с руководителем музыкального или драматического ансамбля с помощью чисто технических средств. В этих случаях с помощью стереофонии получают подчас совершенно новые акустические эффекты, создают более сильные впечатления, не имеющие аналогий в мире естественных звуков.

Общая реакция слушателя формируется под воздействием некоторых объективных и субъективных причин: параметров аппаратуры, технического качества, звукового материала, эстетического (музыкального) вкуса и подготовленности слушателя, влияния господствующей в данное время моды, обстановки, в которой происходит слушание, эмоционального состояния слушателя и многого другого.

Основными признаками стереофонического звучания, отличающими его от монофонического, в настоящее время считаются: большая прозрачность звучания; лучшее пространственное впечатление; правильность передачи тембров инструментов; лучшая передача «акустической атмосферы» первичного помещения; чистота звучания.

Под прозрачностью (ясностью, четкостью, разделимостью) звучания понимают возможность ясно различить партию того или иного инструмента, голоса солиста в общем звучании ансамбля. Чтобы лучше представить себе это понятие, достаточно вспомнить, как ясно различаются голоса солистов в оперных дуэтах, трио, квартетах при непосредственном слушании и как невыразительно, слитно, неразличимо звучат эти же ансамбли при монофоническом воспроизведении. Стереофония возвращает этим звучаниям первоначальную ясность. Прозрачность звучания, благодаря бинауральным свойствам слуха, проявляется даже в случаях, когда формируемые звуковые образы близки по тембру, ритмическому рисунку, динамике звучания.

Под пространственным впечатлением понимают разнесенность отдельных составляющих стереофонической звуковой картины по фронту, т. е. вдоль линии, соединяющей громкоговорители, и в глубину от нее. При этом расположение отдельных источников звука, музыкальных инструментов может быть четка локализовано. Возможность воздействовать на слушателя изменением направления прихода звука может в отдельных случаях явиться художественным средством, подчеркнуть конфликтность различных музыкальных тем, их противопоставление или, наоборот, объединение. Этот фактор усиления эмоционального воздействия звучания невозможен в монофонической системе, где все составляющие ансамблевого звучания исходят из одной точки - одного громкоговорителя.

Правильность передачи тембров инструментов, их естественность и богатство определяются не только самими тембральными свойствами музыкальных инструментов и голосов, но и интерференционными процессами в помещении. В. общем случае частотные зависимости звукового давления возле левого и правого уха неодинаковы, так как положения пространственных максимумов и минимумов звукового давления не совпадают. Так, если какая-либо частотная составляющая сложного сигнала у одного уха оказывается ослабленной, то у другого уха эта составляющая будет иметь иной, больший уровень, и тембральные искажения уменьшатся. Это положение имеет место не только при непосредственном слушании в первичном помещении) но и при прослушивании звучания через громкоговорители стереофонической системы во вторичном помещении. Напротив, при монофоническом воспроизведении интерференционные искажения сигналов, возникшие в первичном помещении, будут воздействовать на правое и левое ухо одинаково. По этой причине подавляются одинаковые составляющие спектра и тембр искажается в большей степени. Итак, относительная независимость звуков, воспринимаемых левым и правым ухом при непосредственном прослушивании в первичном помещении или через стереофоническую систему во вторичном помещении способствуют уменьшению тембральных интерференционных искажений.

Лучшая передача «акустической атмосферы», акустики помещения, его размеров также объясняется наличием нескольких каналов передачи. Специалисты, говоря об «акустической атмосфере» первичного помещения, имеют в виду не только его большую или меньшую «гулкость», но и свойственную ему окраску звучания - теплоту, мягкость, светлость, звонкость. Важность передачи акустической атмосферы первичного помещения особенно велика в тех случаях, когда локализованные, пространственные ощущения уходят на второй план.

Чистота звучания определяется величиной частотных и нелинейных искажений и уровнем помех. Перечисленные выше положительные качества стереофонического воспроизведения настолько велики, что слушатели в меньшей степени, чем при монофонии, реагируют на различные искажения и помехи, предпочитая стереофоническое звучание при ограниченной по сравнению с монофонией ширине полосы частот и довольно значительном, до 20%, коэффициенте гармоник, хотя такие нелинейные искажения уверенно заметны. Порог заметности помех при стереофоническом приеме составляет примерно -60 дБ, однако даже при отношении сигнал-помеха 35... 40 дБ стереофония все еще предпочитается монофонии.

Роль перечисленных составляющих стереофонического восприятия в различных жанрах вещательных передач не одинакова. Так, локализацнонные ощущения при музыкальных передачах сами по себе имеют второстепенное значение; наоборот, при постановочных передачах (радиоспектаклях) они служат важным выразительным средством, заменяя в известной степени зрительные ощущения.

Комплекс ощущений, свойственный стереофонии, является результатом воздействия на слушателя всего двух сигналов. Эти сигналы представляют собой совокупности большого числа пар сигналов, формирующихся в стерео- фонических микрофонах или формируемых искусственным путем в пульте звукорежиссера при звучании отдельных музыкальных инструментов или голосов исполнителей. Каждая пара сигналов, создаваемая одним источником, различается уровнями и временем поступления в микрофон и обладает довольно большой корреляционной связью (коэффициент корреляции более 0,25). В помещении слушателя эти различия определяют положение кажущегося источника звука (КИЗ) на линии (базе), соединяющей два громкоговорителя. Общие сигналы левого и правого каналов и их реверберационные продолжения, как правило, мало коррелированны.

Итак, в основе восприятия всех ощущений, отличающих стереофонию от монофонии, лежат закономерности пространственного слуха и, прежде всего, явления локализации кажущихся источников звука и демаскировки пространственно разнесенных звуковых образов. Стереофония предпочитается слушателями перед монофонией лишь тогда, когда существует пространственная звуковая картина, в которой ощущается, по крайней мере, несколько составных частей, несколько КИЗ. Если число источников сводится к одному, стереофония теряет преимущество перед монофонией.

.1 СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ СТЕРЕОФОНИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА

стереофонический сигнал модуляция декодер

Стереофоническая вещательная система должна обеспечить передачу и воспроизведение ряда признаков, свойственных стереофонии: прозрачность звучания, пространственное впечатление, правильность передачи тембров музыкальных инструментов и голосов, баланс звучностей различных оркестровых групп инструментов и певческих голосов, «акустическую атмосферу» первичного помещения. Как уже указывалось ранее, задача воссоздания во вторичном помещении акустического поля первичного помещения даже при превосходных параметрах качества электрических каналов передачи представляется неосуществимой.

При формировании и передаче акустической информации по электрическим каналам, как правило, прибегают к различным преобразованиям сигналов. Эта преобразования чаще всего проводят в два этапа.

На первом этапе (первичной записи) заготавливают фонограммы некоторого числа сигналов, принятых микрофонами. Иногда уже на этом этапе производят некоторые преобразования сигналов при приеме звука микрофонами. Только ненаправленный микрофон достаточно точно отображает изменения звукового давления в точке расположения микрофона.

На втором этапе (в процессе перезаписи) сигналы подвергают дальнейшим преобразованиям; устанавливают соотношение уровней сигналов, определяющее баланс громкостей оркестровых групп и голосов солистов, регулируют динамический диапазон и тембры, создают различие уровней и временные сдвиги между сигналами Л и П, чтобы скомпоновать задуманную звуковую панораму. Часть преобразований обусловлена соображением технического характера - необходимостью приспособить параметры (свойства) сигналов к свойствам, возможностям электрических каналов передачи и к условиям домашнего слушания.

При формировании стереофонических сигналов приходится учитывать специфическое условие, называемое совместимостью с монофонией. Это - возможность воспроизведения стереофонических сигналов монофоническими устройствами с достаточно удовлетворительным качеством. Различают художественную (эстетическую) и техническую совместимость. Под художественной совместимостью понимают возможность слушать стереофоническую передачу с помощью монофонических устройств. А техническую совместимость обеспечивают суммарно-разностным преобразованием исходных сигналов Л и П. Монофонические приемные устройства получают суммарный сигнал, а стереофонические - сумму и разность, преобразуемую затем в сигналы Л и П. Требование совместимости усложняет процесс формирования сигналов н систему стереофонического вещания, но оно необходимо для удовлетворения интересов владельцев монофонических устройств.

Обобщенную структуру каналов систем стереофонического вещания изображают схемой рис. 1. На входе каналов находятся микрофоны, магнитофоны и иные источники электрических сигналов F1, F2..., Fq, на выходе - громкоговорители (или головные телефоны), к которым подводятся сигналы f1, f2,..., fн.

Рис.1 Обобщенная схема системы электрической передачи звука

Символом Т обозначена совокупность устройств, с помощью которых из Q первичных сигналов образуют N канальных сигналов ф1, ф2, ..., фn. Совокупность Т заключает в себе смесительные и коммутационные устройства, регуляторы уровня и тембра, особые стереофонические регуляторы, многоканальный магнитофон, на котором записывается Q -дорожечная фонограмма. Символом R обозначена совокупность устройств, с помощью которых N канальных сигналов преобразуются в Н воспроизводимых. В общем случае Q, N и H не равны:

Q достигает 20 ...30, N составляет 1, 2, 4, значительно реже - больше, Н обычно 1, 2, 4. На основе обобщенной структуры была предложена следующая классификация систем вещания:

Наибольшее распространение получили двухканальные системы. Для воспроизведения, как правило, используются две акустические системы АС, каждая из которых представляет собой две и более громкоговорящие головки, заключенные в общий ящик (футляр).

Система АВ

Первой системой, получившей практическое применение в процессе развития стереофонии, стала система АВ.

Структурная схема звукопередачи по системе АВ показана на рис. 2. При этом имеются два микрофона: левый Мл и правый Мп, расставленные по фронту перед исполнителями, например перед оркестром. Звуковые волны, исходящие от одних и тех же инструментов, воздействуют на микрофоны с различными фазами и интенсивностью, в зависимости от того, на каком расстоянии от источника расположен данный микрофон, поэтому система АB называется фазово-интенсивностной.

При использовании системы АВ следует учитывать следующее. Во-первых, при слишком большом расстоянии между микрофонами у слушателя может возникнуть впечатление «разрыва» образа, скачка звука от одного громкоговогорителя к другому, «провала центра», отсутствия не прерывности звуковой картины по азимуту, невозможности различать в этой картине отдельные источники звука.

Рис2.Стереофоническая система АВ

Чем больше расстояние между микрофонами, тем меньшим оказывается угол восприятия стереофонической картины. Во-вторых, при чрезмерно близком расположении источников звуков к линии микрофонов может возникнуть такой же нежелательный эффект, причем еще в большей степени. В-третьих, чем меньше расстояние между микрофонами, тем более правильной получается звукопередача источников, расположенных под различными углами к оси симметрии микрофонов. Однако слишком сближать микрофоны тоже нельзя. Минимальное расстояние ограничивается необходимостью приема каждым из микрофонов различной информации. При помещении обоих микрофонов в одну точку пространства они в системе АВ воспринимают одинаковую информацию, и стереоэффект исчезает.