книги из ГПНТБ / Кубальский Ю.А. Качественные показатели радиовещательного тракта и методы их измерения

ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАДИОВЕЩАТЕЛЬНОГО ТРАКТА

Качество звучания радиопередач определяется не только техническим совершенством аппаратуры радиостанций, но во многом зависит и от работы всего остального оборудования, ис­ пользуемого при радиовещании, начиная со студий с установлен­

ными в них микрофонами. Обеспечение высококачественной работы всего входящего в тракт передачи радиовещания обору­

дования немыслимо без постоянного тщательного контроля путём измерений электроакустических показателей высокочас­

тотных и низкочастотных устройств.

К основным показателям, подлежащим объективному конт­ ролю путём электрических измерений, относятся: мощность радиовещательного передатчика, глубина модуляции, частотная характеристика, коэффициент нелинейных искажений, уровень

шумов (паразитная модуляция).

Первые два показателя определяют дальность действия ра­ диостанции. Остальные определяют качество передачи.

При достаточной мощности радиопередатчика, работающего с глубокой модуляцией, качество звучания передач определяется наличием искажений и шумов, появившихся в аппаратуре ра­

диовещательного тракта. При наличии значительных частотных и нелинейных искажений звучание передачи теряет окраску (тембр), свойственную определённым музыкальным инструмен­ там или человеческому голосу, исчезает ясность передачи, плохо различаются отдельные слова, появляются дребезжания, хри­ пы и т. п. Повышенный уровень шума, фон, сопровождающий передачу, делает её неприятной, слабые звуки передачи заглу­

шаются шумами и не различаются ухом, теряется художествен­ ность звучания передаваемого материала.

ИСКАЖЕНИЯ РАДИОВЕЩАТЕЛЬНОЙ ПЕРЕДАЧИ

а) Амплитудно-частотные искажения

Искажения по характеру их возникновения разделяют на две группы. К первой группе относятся так называемые ампли-

4

тудно-частотные или линейные искажения, ко второй группе —

•нелинейные искажения.

. Сущность возникновения частотных искажений сводится к следующему.

Все слышимые звуки (речь, музыка) состоят из колебаний

различных частот примерно от 20 до 20000 гц. Звуки отлича­ ются друг от друга количеством составляющих частот и рас­ пределением их амплитуд по спектру.

В процессе передачи через радиовещательную систему, вслед­ ствие наличия в тракте частотнозависимых сопротивлений (ёмкостей, индуктивностей), коэффициенты передачи для коле­ баний различных звуковых частот могут отличаться друг от друга, т. е. отдельные звенья оборудования, входящего в тракт, будут неодинаково усиливать или ослаблять напряжения пере­

даваемых звуковых частот. В результате этого составляющие

звук колебания будут прослушиваться также неодинаково: одни

слабее, другие сильнее, т. е. нарушатся соотношения амплитуд

колебаний, составляющих передаваемый звук, и изменится тембр звучания.

При значительных частотных искажениях качество звуча­ ния передачи сильно ухудшается. Если плохо пропускаются низкие частоты, то передача становится резкой, голос визгливым и неприятным. При плохом прохождении высоких частот

(2000 гц и более) передача становится приглушённой, бубня­ щей, неразборчивой.

В наиболее высококачественной современной радиоаппара­ туре частотные искажения нормируются из условия, что изме­

нения амплитуд в спектре частот данного звука не должны пре­ вышать 30—40%, так как в этом случае наше ухо их не за­ мечает.

Частотные искажения определяются . при снятии частотных характеристик путём измерения коэффициента передачи на раз­ личных частотах звукового диапазона. В передатчиках, усили­

телях, соединительных линиях, трансформаторах зависимость ко­ эффициента передачи от частоты передаваемых колебаний, как правило, изменяется плавно и не содержит резких колебаний на

отдельных частотах. Поэтому измерение коэффициента передачи этих устройств может производиться по точкам на отдельных частотах.

Снятие частотных характеристик громкоговорителей и ми­ крофонов должно производиться путём плавного изменения частот, так как иначе могут быть пропущены отдельные острые пики и провалы в промежутках между выбранными фиксиро­ ванными частотами.

Подавая на вход измеряемого устройства колебания раз­ личных частот одинакового напряжения от звукового генератора и измеряя при этом напряжение на выходе измеряемого устрой­ ства (или глубину модуляции при измерении передатчика), опре-

5

деляют зависимость коэффициента передачи А от частоты коле­

баний f, т. е. частотную характеристику данного устройства. На рис. 1 представлены частотные характеристики: а —-в слу­

чае отсутствия частотных искажений в диапазоне передавае­

мых звуковых частот и б — при наличии искажений.

Рис. 1. Графическое изображение частотной характеристики

По ходу кривой графика частотной характеристики может быть установлен характер, область и величина искажений. Для количественной оценки степени частотных искажений принято определять неравномерность хода кривой частотной характери­ стики как отношение коэффициентов передачи на интересующих нас частотах к коэффициенту передачи на частоте 1000 гц.

Учитывая, что человеческое ухо реагирует на относительные

изменения громкости звука, оценку частотных искажений удоб­ нее вести не в процентах, а в логарифмических единицах — децибелах (бб). Для этого рассчитывают коэффициенты пере­ дачи на различных частотах по формуле

Выше было условлено, что амплитуда подаваемых на вход устройства колебаний.постоянна во время измерений. Это зна­ чит, что коэффициенты передачи на различных частотах будут

изменяться так же, как и напряжение на выходе измеряемого

устройства, т. е. для оценки степени частотных искажений до­ статочно определить изменение выходного напряжения на раз­ личных частотах.

Таким образом, частотные искажения определяются как не­ равномерность частотной характеристики в децибелах. Напри­ мер, частотная характеристика в диапазоне частот 50—8000 гц для радиовещательного передатчика не должна иметь отклоне­ ния более ±1,5 дб, это значит, что допустимыми в данном слу­

чае являются искажения в 3 дб (около 40%). Однако по отно-

6

шению к значению на частоте 1000 гц коэффициент передачи может увеличиваться или уменьшаться на отдельных частотах не более чем на 1,5 дб. На рис. 2 представлен график частотной характеристики радиовещательного тракта с указанием допу­ сков на частотные искажения.

Рис. 2. Примерная частотная характеристика радиовещательного тракта

При нормировании частотных искажений в диапазоне звуко­ вых частот следует учитывать свойства человеческого уха. На

основании «кривых равной громкости», характеризующих чувст­ вительность человеческого уха к звукам различных частот, мож­ но сделать вывод, что на низких и высоких частотах чувстви­ тельность уха меньше, чем на средних частотах. Учитывая это положение, а кроме того, и технические трудности при создании широкополосной радиоаппаратуры, в большинстве случаев допу­ скают повышенные частотные искажения на краях диапазона звуковых частот, т. е. в области самых низких и высоких частот. Например, в высококачественном радиовещательном тракте могут допускаться искажения ±2 дб на участке частотного диа­ пазона 30—100 гц и от 6000 гц и выше при условии, что участок 100—6000 гц имеет неравномерность частотной характеристики

± 1 дб.

б) Нелинейные искажения

Сущность нелинейных искажений заключается в том, что в процессе передачи форма первоначальных звуковых колебаний

изменяется. Так, если к усилителю, вносящему нелинейные иска­ жения, подвести синусоидальное напряжение от звукового гене­ ратора, то напряжение на выходе этого усилителя окажется не­ синусоидальной формы. Такие искажения возникают главным образом из-за нелинейности характеристик радиоламп, а также являются следствием нелинейности кривой намагничивания

стальных сердечников трансформаторов, применяемых в радио­

аппаратуре.

Образование новой искажённой формы напряжения или тока вызывает появление дополнительных звуковых частот. В случае передачи звука одного тона, т. е. колебания одной частоты, в искажающем тракте возникает целая группа посторонних час­

тот, кратных основной частоте. Эти частоты, относящиеся к ос­ новной, как 2: 1; 3: 1; 4: 1 и т. д. называются гармониками

основной частоты.

Более сложная картина получится при художественной пере­ даче, состоящей из группы различных колебаний. Естественно, что в этом случае гармоники будут, возникать от каждой часто­ ты, входящей в состав звука, т. е. их будет значительно больше, чем при передаче одного тона. Но в этом случае в искажающем

звене возникнут не только гармоники каждого из основных ко­ лебаний, но и новые колебания с частотами, определяемыми как сумма и разность любой пары гармонических или основных ко­ лебаний, появившиеся в результате нелинейности амплитудной характеристики.

Колебания с частотами, являющимися суммой или разностью передаваемых основных частот, называются комбинационными. Они могут существенно исказить передаваемый звук, тем более, что их частоты могут оказаться в пределах наивысшей чувстви­ тельности уха, т. е. в области средних частот 600—2000 гц.

Нужно отметить, что ухо очень чувствительно к появлении^ лишних частот, возникающих из-за нелинейных искажений. От­ сюда становится понятным, насколько важным фактором для оценки качества звучания являются тщательные измерения ко­ эффициента нелинейных искажений.

Казалось бы наиболее простым методом определения степени нели­

нейных искажений является снятие амплитудных характеристик изме­ ряемого устройства.

Амплитудная характеристика по­ казывает зависимость напряжения

на выходе измеряемого объекта от напряжения на входе. Примерный вид амплитудной характеристики показан на рис. 3. Вначале, при ли­ нейной зависимости между напряже­

ниями на входе и на выходе изме-

Рис. 3. Амплитудная характе- ряемого устройства, характеристика'

ристика представляет собой прямую линию.

На верхнем участке характеристика искривляется — это значит, что при подаче на вход устройства повышенного уровня возникнут нелинейные искажения. Таким образом, можно определить предельно допустимый уровень на­ пряжения звуковой частоты на входе испытуемого устройства, при

8