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 1/2f_в, где f_в — 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 L_k (рис. 1.1, а). Можно написать, что время, в течение которого уровень сигнала будет не ниже L_k, определится суммой τ _k= Δt₁ + Δt₂ + Δt₃ + ••• + Δt_n. где Δt_n -временные интервалы действия сигнала. Следовательно, относительное время пребывания уровня сигнала над заданным равно g_k = ^{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 g_k 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 L_макс и L_мин

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 L_макс и L_мин 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.