Св. план 2002 г., поз. 109

Гульбану Габдулловна Сабдыкеева

радиовещание и электроакустика

Программа, методические указания и задание на контрольную работу

(для студентов заочной формы обучения специальности 380540)

Редактор В.В.Шилина

Подписано в печать __ . __ . __ . Формат 60х84 1/16

Тираж 50 экз. Бумага типографская N1

Объем 2 уч.-изд.л. Заказ __ . Цена 62 тг.

Ротапринт Алматинского института энергетики и связи

480013 Алматы, Байтурсынова 126

СОСТАВИТЕЛЬ: Г.Г.Сабдыкеева. Радиовещание и электроакустика. Программа, методические указания и задание на контрольную работу. Для студентов заочной формы обучения специальности 380540 - Радиосвязь, радиовещание и телевидение. – АИЭС, 2002 г. 32с.

Методические указания содержат программу, пояснения по выполнению заданий к контрольной работе по курсу Радиовещание и электроакустика.

Ил. 9, табл. 1, библиогр. – 4 назв.

Рецензент: зав. кафедрой телекоммуникационных систем, канд.техн.наук, доцент С.В. Коньшин

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2002 г.

Ó Алматинский институт энергетики и связи, 2002 г.

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ Энергетики и связи

Кафедра радиотехники

Радиовещание и электроакустика

Программа, методические указания и задание на контрольную работу

(для студентов заочной формы обучения специальности 380540)

Алматы 2002

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ Энергетики и связи

Кафедра радиотехники

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебно-методической работе

_________________ Э.А.Сериков

"___"_____________2002 г.

Радиовещание и электроакустика

Программа, методические указания и задание на контрольную работу

(для студентов заочной формы обучения специальности 380540)

СОГЛАСОВАНО Рассмотрено и одобрено на

Начальник УМО заседании кафедры РТ

________О.З.Рутгайзер Протокол №__ от "__"___2002г.

"__" _________ 2002 г. Зав. кафедрой РТ

_______________ А.З.Айтмагамбетов

Редактор Составитель:

________ В.В.Шилина

"__" _________ 2002 г. _____________ Г.Г.Сабдыкеева

Алматы 2002

1 Общие сведения

Электроакустика и радиовещание – один из специальных профилирующих курсов учебного плана подготовки инженеров по специальности 380540 - Радиосвязь, радиовещание и телевидение.

Программа курса состоит из двух частей: электроакустики и радиовещания.

Задачей первой части является изучение принципов действия электроакустических преобразователей и акустики помещений применительно к звуковому и телевизионному вещанию. Наряду с этим уделяется внимание изучению свойств слуха, теории звукового поля и излучения звука, а также акустическим измерениям.

Задачей второй части курса является изучение современных систем и устройств звукового вещания.

Особое внимание уделено построению системы звукового вещания в целом и входящих в ее состав подсистем и устройств, в том числе ручных и автоматических регуляторов уровня, измерителей уровня.

Общий объем изучаемого курса составляет 190 часов. Из них 144 часа – самостоятельная работа, 46 часов – аудиторные занятия. 22 часа отводится на лекции, 16 часов на лабораторные занятия, 8 часов на практические занятия.

Курс основан на ранее пройденных общенаучных и специальных дисциплинах, среди которых прежде всего высшая математика, физика, теория электрических цепей, теория электрической связи, усилители, микроэлектроника, радиопередающие и радиоприемные устройства.

2 Программа курса

2.1 Электроакустика и основы звукового вещания – 51 ч.

2.1.1 Введение

Краткий исторический обзор развития радио- и проводного вещания. Основные виды звукового вещания. Каналы звукового вещания. Перспективы развития звукового вещания, увеличения охвата населения и территории, увеличения количества программ, повышения качества вещания. Стереофоническое радиовещание в различных диапазонах волн. Цифровое радиовещание. Передача дополнительной информации в системах радиовещания. Спутниковое радиовещание. Многопрограммное и стереофоническое проводное вещание. Перспективы развития бытовой звукотехники, аппаратуры записи и воспроизведения сигналов.

2.1.2 Система звукового вещания

Организация звукового вещания. Определение системы вещания. Общая структурная схема системы вещания. Объем вещания и краткая характеристика программ центрального вещания. Тракты формирования, первичного и вторичного распределения сигналов. Электрические уровни, их определения и связь акустических и электрических уровней. Диаграмма уровней.

2.1.3 Акустические сигналы и их восприятие

Звуковое поле. Определение поля; понятие звукового давления, акустического сопротивления, интенсивности звука, плотности энергии. Сферическая и плоская волны, их свойства.

Основные свойства слуха. Устройства органа слуха, частотный и динамический диапазоны слуха, громкость, уровень громкости, кривые равной громкости, маскировка, временные характеристики слуха, нелинейные свойства слуха, бинауральный эффект. Законы локализации источника звука.

Акустические сигналы. Первичные акустические сигналы, их свойства, уровни, динамический и частотный диапазоны, временные характеристики. Сигналы и помехи. Вторичные акустические сигналы. Допустимые искажения сигналов.

2.1.4 Электроакустические преобразователи

Механические и электрические элементы и системы. Электромеханические и электроакустические аналогии. Четырехполюсники. Эквиваленты преобразователей. Принцип взаимности. Коэффициент электромеханической связи.

Микрофоны. Технические характеристики приемников давления, градиента давления, комбинированных и групповых микрофонов. Классификация микрофонов. Электродинамические катушечные и ленточные микрофоны, конденсаторные и электретные микрофоны, угольные и пьезомикрофоны. Ларингофоны.

Громкоговорители. Технические характеристики громкоговорителей. Акустические характеристики излучателей. Электродинамические громкоговорители непосредственного излучения. Фазоинверторы. Групповые излучатели и громкоговорители. Рупорные громкоговорители. Акустические агрегаты. Акустические контрольные агрегаты. Бытовые звуковоспроизводящие системы. Электромагнитные и электродинамические телефоны. Сирены.

2.1.5 Акустика помещений

Распространение звука в ограниченных пространствах. Статистическая и волновая теория акустических процессов в помещениях, время реверберации, акустическое отношение, эквивалентная реверберация. Четкость ревербирующего сигнала. Оптимальная реверберация. Поглощение звука. Звукопоглощающие конструкции.

Студии звукового и телевизионного вещания и их характеристики. Акустика комнат прослушивания. Устройства искусственной реверберации: эхо-комнаты, листовые, магнитные, пружинные и цифровые ревербераторы. Линии задержки. Амбиофонические системы. Звукоизоляция студий.

2.1.6 Озвучение и звукоусиление

Основные показатели систем озвучения и звукоусиления, требования к ним. Типы систем: сосредоточенные, зональные и распределенные. Системы озвучения и звукоусиления открытых пространств и помещений. Системы оповещения. Акустическая обратная связь по прямому и диффузному звуку. Громкоговорящая связь. Меры защиты от обратной связи. Понятность и разборчивость речи. Системы «круглого стола». Синхронный перевод.

2.1.7 Акустические измерения

Звукомерные камеры: заглушенные и гулкие. Измерительные сигналы и источники звука для измерений. Измерители звукового давления. Шумомеры, реверберометры. Методы снятия частотных характеристик и характеристик направленности громкоговорителей, телефонов и микрофонов. Измерение входного сопротивления громкоговорителей. Измерение коэффициентов поглощения в камере и трубе. Измерение звукоизоляции. Цифровая обработка результатов акустических измерений.

2.1.8 Аналоговое преобразование сигналов звукового вещания

Первичное преобразование при формировании программ. Ограничения, обусловленные параметрами каналов передачи. Задачи преобразования сигналов художественного и информационного вещания. Ручные и автоматические методы преобразования. Устройства для преобразования и контроля параметров сигнала. Принципы построения и диаграммы уровня пультов звукорежиссера.

Назначение и классификация измерителей уровня сигналов звукового вещания. Структурные схемы измерителей уровня. Логарифмирующие устройства. Показывающие устройства. Гониометры, коррелометры.

Назначение и классификация автоматических регуляторов уровня в трактах звукового вещания. Принципы действия автоматических регуляторов, их регулировочные и временные характеристики.

Устройства шумоподавления. Компандерные системы. Статистические и адаптивные шумоподавители. Шумоподавители типа ДНЛ и Долби. Измерение параметров сигнала в результате его преобразования.

2.1.9 Цифровое преобразование сигналов звукового вещания

Принципы преобразования сигналов из аналоговой формы в цифровую. Сравнение аналоговых и цифровых способов преобразования, регулирования и передачи сигналов. Цифровое представление вещательного сигнала методом линейной ИКМ. Искажения квантования и их оценка. Мгновенное компадирование. Почти мгновенное компадирование. Методы ИКМ и ДМ. Требования к достоверности передачи цифровых сигналов. Форматы цифровых сигналов вещания. Кодирование сигналов вещания в частотной области.

Устройства цифрового преобразования сигналов вещания: АЦП и ЦАП, цифровые частотные корректоры, регуляторы уровня, линии задержки, ревербераторы, устройства спецэффектов. Цифровые пульты звукорежиссера, алгоритмы цифровой обработки сигналов звукового вещания.

2.1.10 Звукозапись

Краткий обзор методов звукозаписи, назначение звукозаписи, требования к системе звукозаписи. Устройства звукозаписи и звуковоспроизведения. Принципы магнитной записи. Характеристики магнитных носителей, головок и лентопротяжных механизмов. Волновые потери воспроизведения, методы корректирования искажений. Характеристики процесса записи. Нелинейные искажения. Характеристики намагничивания и подмагничивания при записи с ВЧП. Шумы и помехи тракта записи-воспроизведения. Импульсные характеристики тракта. Особенности шумоподавления при звукозаписи. Процесс стирания. Технология процессов записи и монтажа фонограмм. Способы тиражирования магнитных фонограмм. Измерения параметров магнитофонов. Цифровая запись звука. Структурная схема и назначение узлов цифрового магнитофона. Канальное и помехоустойчивое кодирование. Форматы цифровой записи звука.

2.1.11 Тракт формирования программ

Радиодома и радиотелецентры, их назначение и классификация. Технологическое построение служб в радиодомах. Типовые структурные схемы оборудования. Трансляционные пункты.

Автоматизация процесса формирования программ на основе применения микропроцессоров и ЭВМ.

2.1.12 Тракты первичного распределения программ

Структурные схемы трактов. Типовые каналы передачи ЕАСС. Организация каналов вещания в аналоговых и цифровых системах передачи. Виды помех в многоканальных системах передачи с частотным разделением каналов ЧРК.

«Загрузка» многоканальных систем сигналами звукового вещания. Специфические искажения сигналов в междугородних каналах звукового вещания: сдвиг спектра, компандерный шум, импульсные помехи, сдвиг фаз. Требования к междугородним каналам стереофонического вещания. Их организация в системах передачи с ЧРК.

Спутниковые системы первичного распределения программ: основные параметры, используемые диапазоны частот. Особенности передачи сигналов звукового вещания в спутниковых системах распределения.

Организация каналов вещания в цифровых системах передачи. Проблема организации «стыков» на цифровой сети.

2.2 Радиовещание – 17 ч.

2.2.1 Основы теории

Общие принципы построения сети звукового радиовещания как комплекса трактов вторичного распределения программ. Оценка качества радиоприема, защитные отношения. Особенности использования для радиовещания километровых, гектометровых, декаметровых, метровых, дециметровых и сантиметровых волн. Возможности использования различных видов модуляции. Распределение радиочастот, международные соглашения.

Синхронное радиовещание. Искажения и помехи при синхронном радиовещании. Требования к стабильности фазы несущих и модулирующих сигналов. Синхронизация в сети синхронного радиовещания.

Однополосное радиовещание.

Особенности сетей звукового вещания в диапазоне МВ. Частотный план в сети сплошного покрытия.

Системы стереофонического радиовещания в диапазоне МВ с пилоттоном и полярной модуляцией. Искажения сигналов в системах стереофонического радиовещания. Стереофоническое радиовещание в диапазонах с АМ.

Передача звука в телевизионном вещании. Многоязыковое и стереофоническое сопровождение. Принципы цифрового радиовещания.

2.2.2 Проводное вещание

Этапы развития и современное состояние проводного вещания. Многопрограммное проводное вещание.

Централизованная и децентрализованная системы распределения, одно-, двух- и трехзвенное построение сети. Надежность системы и меры ее повышения.

Особенности линий трехпрограммного проводного вещания (ТПВ). Помехи нелинейного происхождения в сетях ТПВ. Паразитное излучение сетей ТПВ. Структурная схема и диаграмма уровней сети ПВ.

Оборудование станций и подстанций. Структурная схема узла крупного города. Оборудование ЦСПВ, ОУС, ТП. Особенности передатчиков и мощных усилителей. Автоматизированные сельские узлы.

Абонентское устройство. Групповые приемники ТПВ. Особенности расчета линий ТПВ.

Многопрограммное вещание по телефонным сетям.

Перспективы развития многопрограммного проводного вещания в городах и сельских местностях. Стереофония в многопрограммном проводном вещании.

2.2.3 Измерение и контроль в звуковом вещании

Организация эксплуатационных измерений и технический контроль в радио- и проводном вещании. Режимы и периодичность профилактических измерений основных параметров качества и технических показателей.

Принцип дистанционных измерений коэффициента гармоник, амплитудно-частотных характеристик, уровня помех в проводном и радиовещании. Автоматический контроль правильности коммутации, коэффициента передачи и уровня помех. Измерения и контроль МКЗВ. Логарифмический сравнитель, электронный логометр. Закрепленный и обегающий контроль.

2.3 Перечень лабораторных работ

2.3.1 Снятие зависимости порога слышимости от частоты

2.3.2 Изучение явления маскировки

2.3.3 Построение кривых равной громкости

2.3.4 Изучение акустической обратной связи

2.3.5 Измерение параметров фильтров и их классификация

2.3.6 Параметры качества тракта звукового вещания

2.3.7 Изучение пульта звукорежиссера

2.3.8 Изучение аппаратуры магнитной записи

2.4 Перечень практических занятий

2.4.1 Расчеты звуковых полей

2.4.2 Расчет характеристик микрофонов

2.4.3 Расчет характеристик громкоговорителей

2.4.4 Озвучение и звукоусиление помещений и открытых пространств

3 Некоторые пояснения к изучаемым вопросам

3.1 Что понимают под термином "вещание"? Каковы разновидности вещания?

Вещанием называют организацию и распространение с помощью сетей, систем и средств электрической связи различных сообщений, предназначенных для широких слоев населения и служащих целям их информации, идеологического воздействия, образования, культурного воспитания и разумного отдыха. Вещание, наряду с печатью, - одно из средств массовой информации (СМО). Оно имеет большое общественно-политическое значение как мощное средство воздействия на ум и чувства людей.

По виду передаваемой информации различают звуковое и телевизионное вещание, по используемым техническим средствам - радиовещание (РВ) и проводное вещание (ПВ). Проводное телевизионное вещание обычно именуют кабельным телевидением. По форме передаваемых электрических сигналов вещание подразделяют на аналоговое и цифровое.

Особыми отраслями вещания являются: озвучивание больших открытых пространств и помещений, звукоусиление (в частности, усиление речей).

3.2 Что называют передачей?

Передача - отдельная, законченная в тематическом и жанровом отношении, информация, предназначенная для вещания. Передачей могут быть новости, репортаж о спортивном состязании, концерт, постановка и т.д.

3.3 Что следует понимать под термином "программа"?

Программа - совокупность, последовательность передач, составленных по определенному плану. Примеры: первая программа звукового вещания, программа радиостанции "Маяк" и т.д.

3.4 Что называется каналом и трактом?

В понимании и использовании этих терминов много путаницы. Под электрическим каналом звукового вещания понимался комплекс аппаратуры и линий, начинавшийся микрофоном в студии (или выходом магнитофона) и заканчивавшийся громкоговорителем радиовещательного приемника или приемника (абонентского устройства) проводного вешания. Таким образом, в понятие "канал" входил весь путь, который проходят электрические сигналы звукового вешания от источника до потребителя. Впоследствии приемные устройства были выведены за рамки понятия "канал". Это было сделано под предлогом, что контролировать параметры и характеристики канала, а, следовательно, и нормировать их, на уровне потребителя (слушателя) невозможно. Фактически это развязало руки производителям в отношении параметров качества бытовой аппаратуры.

Электрический канал звукового вешания заканчивается на выходе радиовещательного передатчика (в случае радиовещания) или на абонентской розетке (в случае проводного вещания).

Тракт - функционально законченная часть канала.

Электрический канал звукового вешания состоит из тракта формирования программ и трактов первичного и вторичного распределения. Первый включает в себя оборудование студий и аппаратных радиодомов и телевизионных центров, служащее для формирования, преобразования и усиления электрических сигналов звука, второй - городские соединительные линии (СЛ) и междугородные каналы звукового вешания (МКЗВ), третий – оборудование радиовещательных передающих центров (радиопередатчики) и станций проводного вещания (усилители, передатчики проводного вещания), а также линии проводного вещания.

Приемное оборудование принято теперь выделять в отдельный тракт

приема программ.

Некоторые работники вещания, не очень считающиеся с разработанной терминологией, допускают обороты вида "начинаем первую половину канала", "продолжаем вторую половину канала", "в канале сегодня следующие передачи", т.е. смешивают понятия "программа" и "канал". Это является ошибкой. Программа - перечень, последовательность передач, канал - комплекс технических средств.

3.5 В речи дикторов и ведущих звукового вещания можно встретить обороты: "в эфире - новости", "запись сделана с эфира" и т.п. Что такое эфир?

Эфир - гипотетическая непрерывная, заполняющая все свободное пространство среда, придуманная для объяснения передачи световых, а затем вообще всех электромагнитных волн в свободном пространстве, аналогично тому, как происходит передача акустических (звуковых) волн в воздушной среде.

Эфиру приписывались следующие несовместимые свойства: абсолютная упругость, отсутствие массы, цвета, запаха, поглощения энергии. Таким образом, эта среда ничем не проявляет себя в физических явлениях и экспериментах, кроме способности передавать электромагнитные колебания.

Способность распространения сил от одной точки пространства к другой без наличия и участия особой промежуточной среды казалась непривычной многим ученым, в том числе Фарадею и Максвеллу. Впрочем, Дж.Максвелл, разрабатывая теорию электромагнетизма, заметил: "Моя теория не нуждается в гипотезе эфира". Окончательно разрушила гипотезу эфира специальная теория относительности А.Эйнштейна. С начала ХХ-го века гипотеза эфира была отброшена, и лишь некоторые, несведущие люди, не знакомые с основными положениями современной физики, держатся за это понятие.

В настоящее время слово "эфир" может рассматриваться лишь как ненаучная замена слова "радиопередача". Но и в этом смысле его употребление не всегда оправдано, так как подчас сигналы звукового вещания проходят весь путь от источника до слушателя по проводам, без участия радиоволн, т.е. без "эфира".

3.6 Чем различаются понятия: система и сеть звукового вещания?

Под системой понимают принятые и используемые технические решения и средства для их осуществления. Примеры: система, синхронного радиовещания, система стереофонического вещания, система многопрограммного проводного вещания и т.д. Понятие "сеть" определяет распределение технических средств по обслуживаемой территории, т.е. имеет пространственный смысл: сеть радиовещательных станций, сеть каналов подачи программ, сеть проводного вещания.

3.7 Каковы причины введения понятия "уровень" логарифмической величины интенсивности сигналов звукового вещания и оценки передаточных свойств электрических цепей?

Причин несколько:

Главная - особенности восприятия интенсивности сигналов звукового вещания слухом. Оно подчиняется психофизиологическому закону Вебера и Фехнера: ощущение примерно пропорционально логарифму раздражения.

Вторая причина - чисто графическая: интенсивность сигналов звукового вещания изменяется по электрическому тракту и даже в одной точке тракта в столь значительных пределах (в сотни и тысячи раз), что эти изменения невозможно изобразить в линейном масштабе. Если для изображения минимального значения интенсивности сигнала принять отрезок 1 мм, то для изображения максимальной величины нужны отрезки длиной более метра.

Третья причина - математическая: при логарифмировании операции умножения и деления заменяются операциями сложения и вычитания, что проще (если, конечно, не использовать микрокалькулятор или ЭВМ).

Термину "уровень" иногда придают и другое содержание, например, его используют для счета ряда дискретных (целочисленных) значений сигнала при его квантовании.

3.8 Каковы единицы измерения и выражения уровня? Какова связь между ними?

Понятие "уровень" было введено на основе десятичных или натуральных (неперовых) логарифмов. В первом случае используют логарифмы с десятичным основанием и единицы бел и децибел (в честь изобретателя и ученого Белла). Во втором случае применяются логарифмы с основанием е = 2,73. . . и единицы - неперы (в честь известного математика 18 века Непера). Децибелы и неперы - это единицы измерения логарифмов отношения двух одноименных величин.

1 дБ » 0,115 Нп, и наоборот, 1 Нп » 8,68 дБ.

Для прикидочных расчетов удобнее принять, что 1 дБ » 0,1 Нп или 1 Нп » 10 дБ.

Исторически сложилось, что в акустике и радиотехнике в качестве единиц уровня преимущественно используют децибелы, в теории проводных линий - неперы. Например, при расчете затухания линий коэффициент затухания обязательно нужно выражать в неперах на километр, иначе результат расчета будет неверен.

3.9 Что называют акустическими и электрическими уровнями? Какова связь между ними? В чем различие относительных и абсолютных уровней, уровней по интенсивности звука и звуковому давлению, по мощности и напряжению?

Под акустическими уровнями понимают уровни, выраженные через отношение интенсивности звука I или звуковых давлений р:

а под электрическими - уровни, выраженные через отношение электрических мощностей или напряжений:

Введенные таким образом уровни называют относительными, поскольку они определяют только изменение уровня при изменении интенсивностей звука, звукового давления, мощности, напряжения, но не позволяют определить истинное значение величины интенсивности.

Если связать нуль шкалы уровней с каким-то пороговым значением интенсивности звука, звукового давления, электрической мощности и напряжения, получим значения абсолютных уровней:

В этих выражениях: - соответственно интенсивность звука и звуковое давление на пороге слышимости на частоте 1кГц; (при сопротивлении нагрузки R - 600 Ом) - мощность и напряжение, соответствующие нулю шкалы электрических уровней.

Международная электротехническая комиссия (МЭК) рекомендует принять за напряжение, соответствующее нулю шкалы электрических уровней, 1 Вольт, но широкого применения эта рекомендация пока не нашла.

Чтобы перейти от абсолютных электрических уровней к абсолютным электрическим, необходимо знать чувствительность микрофона.

3.10 В каком случае числовые значения уровня по напряжению и по мощности не совпадают?

Мощности 1 мВт соответствует напряжение 0,775 В только при сопротивлении нагрузки 600 Ом. Если сопротивление нагрузки не равно 600 Ом, то

Например, если Чем меньше сопротивление нагрузки по сравнению с 600 Ом, тем больше будет уровень по мощности по сравнению с уровнем по напряжению:

При R_H= 250 Ом эта разница достигнет

3.11 Какие физические понятия выражают единицами уровня?

Единицами уровня выражают интенсивность и динамический диапазон сигналов, отношение сигнал/помеха (С/П), коэффициент частотных искажений, передаточные свойства электрических цепей (усиление и затухание), иногда даже коэффициент гармоник.

Например, пишут: "уровень нелинейных искажений -40 дБ". Это означает, что коэффициент гармоник равен 0,01, т.е. 1%.

3.12 Что называется динамическим уровнем сигнала?

Введенное ранее понятие уровня справедливо для стационарных периодических процессов и связано с эффективными значениями той или иной величины интенсивности - звукового давления, напряжения. Это вполне понятно, так как ухо не реагирует на отдельные мгновенные значения акустического колебания, а слуховое ощущение обусловлено энергией воздействия, усредненного за некоторый промежуток времени, так как слух обладает инерционностью, и ощущение устанавливается по истечении некоторого времени накопления воздействующего фактора (ощущение громкости, например, устанавливается при длительности воздействия более 0,2 с). Этот промежуток называет временем адаптации слуха на громкость. Из-за инерционности слуха два следующие друг за другом звуковых импульса с перерывом менее 50 мс воспринимаются слитно, при большем перерыве - раздельно. Промежуток 50 мс характеризует слуховую память человека.

Отдельные кратковременные максимумы звукового давления, именуемые обычно пиковыми значениями, не вызывают соответствующего слухового ощущения, если длительность пиков меньше времени адаптации -0,2 с. Слуховое ощущение в данный момент времени определяется не только энергией воздействия в данный момент, но и предшествующими ее значениями в недавнем прошлом. Влияние предшествующих значений тем меньше, чем больше они удалены в прошлое.

Слуховое восприятие обусловлено усредненной за некоторый промежуток времени энергией с учетом ее значимости ("веса") в прошлом. Усреднение выражают зависимостью:

где E(t) - величина, пропорциональная энергии воздействия с учетом значимости ("веса") прошлых значений энергии, Dt - интервал усреднения, t₁ - рассматриваемый момент текущего времени, x(t) - меняющееся во времени значение сигнала (например, звуковое давление), - так называемый множитель "веса".

На основе изложенных соображений вводят понятие динамического уровня.

Динамический уровень сигналов звукового вещания - уровень, полученный в результате усреднения за некоторый определенный промежуток времени выпрямленных значений напряжения электрического сигнала. Прибор, предназначенный для этой цели, - измеритель уровня (ИУ) - содержит двухполупериодный выпрямитель, интегрирующую цепь с заданной постоянной времени и логарифматор. Измеренное значение уровня зависит от временных параметров прибора.

Абсолютные акустические динамические уровни, как и уровни стационарных периодических процессов, оценивают в децибелах по отношению к стандартному порогу слышимости на частоте 1 кГц. Напомним, что

Электрические уровни оценивают по отношению к условному стандартному порогу, для которого принято

Иногда измеренные значения динамического уровня фиксируют с помощью самописца. Полученные графики называют уровнеграммами.

3.13 Как найти общий уровень нескольких независимых сигналов с различными уровнями N₁, N₂ и т.д.?

Общий метод решения заключается в следующем: находят разность N₁ - N₂ между двумя уровнями; к большему уровню добавляют поправку DN, определенную из графика на рисунке 3.1. Эту операцию проводят и для следующих пар уровней.

Рисунок 3.1 Рисунок 3.2

При большом количестве уровней их значения переводят в энергетические величины - относительные мощности Р = 10^0,1^N. Затем складывают полученные значения и снова переводят в значения уровня.

3.14 Почему свойства сигналов звукового вещания исследуют статистическими методами? Каковы цели статистических исследований?

Сигналы бывают детерминированными или случайными. Случайные сигналы классифицируются на стационарные и нестационарные. Сигналы звукового вещания в общем случае являются нестационарными случайными. Их интенсивность и спектр непрерывно изменяются. Для того, чтобы получить достоверные, устойчивые характеристики, необходимые для проектирования и эксплуатации устройств звукового вещания, накапливают результаты измерений и статистически усредняют их.

Главными из статистических исследований сигналов звукового вещания являются исследование вероятностей появления различных интенсивностей сигнала во времени и вероятность распределения интенсивностей сигнала по частоте. Из первых определяют динамический диапазон и среднюю мощность сигналов Р_ср. Знание Р_ср необходимо для определения теплового режима ламп, транзисторов, трансформаторов, расчета радиаторов и устройств охлаждения и вентиляции радиовещательных передатчиков или оконечных усилителей проводного вещания.

Из вторых находят необходимую ширину полосы пропускания при различных требованиях к качеству аппаратуры звукового вещания.

3.15 Как исследуют распределение уровней сигнала во времени?

Одно из направлений исследования статистических свойств сигналов заключается в определении распределения во времени динамических уровней, а иногда и мгновенных значений этих сигналов. Для этой цели служит анализатор уровней (рисунок 3.2). Он содержит электронные ключи К, открывающиеся при заданных значениях уровня, и счетчики времени СВ, учитывающие длительности открытого состояния ключей.

Графическая фиксация измерений уровня дает так называемую уровнеграмму (рисунок 3.3).

Рисунок 3.3 Рисунок 3.4

Пусть, например, общее время открытого состояния счетчика для порога уровня N₃ составляет t₁. Относя это время к общей длительности звучания исследуемого произведения T, найдем частоту превышения данного уровня N₃. Аналогично поступают и в отношении других значений уровня и фиксируют длительности таких превышений. По результатам исследования строят график рисунок 3.4. По горизонтальной оси откладывают частость превышений t/T (иногда в процентах), по вертикальной оси - относительные значения уровня. За нуль уровня обычно принимают значение, частость превышения которого равна 0,5, минимальным уровнем считается уровень, частость превышения которого равна 1, максимальным - частость превышения которого равна 0. При достаточно большом числе наблюдений n (теоретически при n®¥) частость переходит в вероятность w, причем считается, что при w = 0 данное событие невозможно, а при w = 1 данное событие достоверно.

В технических расчетах пренебрегают событиями, вероятность которых мала, например, равна 0,02 (2%). Допускают, например, что в короткие промежутки времени из-за превышения номинального уровня коэффициент гармоник будет превышать нормированное значение, а минимальный уровень сигнала приблизится к уровню помех. Психологическим доводом к такому допущению является то, что кратковременные искажения и помехи не замечаются слухом. В связи с этим в технических расчетах учитывают уровни от так называемого квазимаксимального N_max, вероятность превышения которого мала и наперед задана (w = 0,02 для музыки и w = 0,01 для речи) до квазиминимального N_min, вероятность превышения которого весьма велика (w = 0,98 для музыки и w = 0,99 для речи).

Разность этих двух значений уровня называют динамическим диапазоном сигнала: D = N_max - N_min. Таково теоретическое определение D. В практике звукового вещания D оценивают по показаниям измерителей уровня. Поскольку измеренные значения уровня зависят от временных параметров измерителей уровня, значения D становятся менее определенными.

Измеренные значения динамического диапазона для симфонического оркестра достигают 60...70 дБ, для небольших вокальных и инструментальных ансамблей 45...55 дБ, для художественного чтения 40...50 дБ, для дикторской речи 25...35 дБ.

3.16 Что называют средней и относительной средней мощностью сигнала звукового вещания?

Этими понятиями характеризуют энергетические свойства сигнала звукового вешания. Средняя мощность процесса, выражаемого функцией U(t), за промежуток времени Dt = t₂ – t₁ при сопротивлении нагрузки R составит:

Относительная средняя мощность P_отн (или ОСМ) показывает, какую часть составляет средняя мощность вещательного сигнала Р_ср за определенный промежуток времени от мощности гармонического напряжения Р_син, значение которого равно наибольшему значению напряжения сигнала звукового вещания за время усреднения: Р_отн = Р_сз / Р_син. Изменение Р_отн обязательно связано с изменением первичного регулирования, но не связано с изменением усиления в тракте. Если усиливать или ослаблять сигналы в тракте, то пропорционально будут меняться и Р_ср и Р_син, а значение Р_отн останется неизменным.

Раньше Р_ср относили к мощности синусоидального напряжения при его номинальном значении. Такое определение Р_отн признано неудачным.

Знание Р_отн позволяет оценить действия звукорежиссера по сжатию динамического диапазона и действие АРУ. Оно необходимо при проектировании мощных вещательных устройств.

Наряду с понятием средней мощности сигнала звукового вещания, используют логарифмическое понятие среднего уровня. Изменения среднего уровня примерно отображают изменения громкости сигнала.

3.17 Каковы значения Р_отн для различных видов исполнения?

По данным исследований, усредненная за несколько минут Р_отн, составляет для симфонической музыки 3%, речи и хорового пения примерно 6%, эстрадного и духового оркестра 10...12%.

Если положить, что вероятности появления различных уровней подчиняются гауссовскому (нормальному) закону распределения (это выполняется для ряда музыкальных исполнений), то по динамическому диапазону можно теоретически рассчитать Р_ср, зная максимальную мощность Р_max, соответствующую квазимаксимальному уровню сигнала. Приняв, что D = 40 дБ, получим

Таким образом, средняя мощность, выделяемая на нагрузке усилителя сигналов звукового вещания, составляет всего 2% от мощности, на которую рассчитан этот усилитель. Из этого примера видно, насколько неэффективно используются обычные усилители и насколько важно разрабатывать оконечные усилители и мощные модуляторы, действие которых основано на иных принципах, например, на импульсных или ключевых.

3.18 Каким путем определяют спектр сигналов звукового вещания?

При коротком времени анализа спектр сигнала может быть дискретным. Но при достаточно большом времени анализа непериодический сигнал характеризуется сплошным спектром. За конечное время анализа можно получить так называемый текущий спектр. Он будет изменяться в зависимости от характера анализируемого отрывка и ряда других причин, т.е. является случайной функцией. В общем виде понятие спектра включает в себя и спектр амплитуд, и спектр фаз.

Практически более удобным понятием является энергетический спектр или спектр мощности, не содержащий информации о фазовых соотношениях гармонических составляющих сигнала. Сигнал называют стационарным, если при увеличении длительности анализа сверх некоторого значения Dt средняя мощность Р_ср достигает некоторого предела. Очевидно, что экспериментальное исследование спектра может быть осуществлено только за конечный промежуток времени. Поэтому результаты, получаемые в каждом отдельном

Рисунок 3.5

опыте, отображают только текущий спектр. Чтобы получить достоверный результат, нужно усреднять значительное количество частных экспериментальных результатов.

Технически спектр сигнала звукового вещания определяют по измерениям уровней не в частотных полосках, ширина которых стремится к нулю, а в полосках конечной, хотя и достаточно небольшой ширины, и полученное значение уровня относят к середине каждой полоски. Эти полоски в анализаторе спектра (рисунок 3.5) составляют от одной до трети октавы. Отношение граничных частот этих полосок составляет соответственно 2,00; 1,41; 1,26.

Рисунок 3.6 Рисунок 3.7

Результаты анализа отрывка оркестровой музыки показаны на рисунке 3.6. Верхняя кривая характеризует распределение квазимаксимальных уровней w = 0,02, нижняя - уровней, вероятность превышения которых w = 0,5. За нуль шкалы уровней принят квазимаксимальный уровень, зарегистрированный в полоске 200...400 Гц. Если усреднить экспериментальные данные, полученные при анализе различных музыкальных и речевых отрывков, то среднестатистическое распределение квазимаксимальных уровней примет вид, изображенный на рисунке 3.7. Эту кривую можно условно называть статистическим спектром квазимаксимальных значений уровня.

3.19 Каковы примерные границы характерных спектров сигналов звукового вешания?

Эти границы составляют: для речи 70...7000 Гц, скрипки 250...15000 Гц, органа 20...15000 Гц, симфонического оркестра 30...15000 Гц.

3.20 Почему для графического выражения значения частоты используют логарифмический масштаб?

Ощущение изменения высоты тона, как и ощущение изменения интенсивности подчиняется закону Вебера-Фехнера, т.е. находится в логарифмической зависимости от изменения частоты. Например, каждому изменению частоты вдвое соответствует изменение высоты тона на октаву. Этим, главным образом, объясняется применение логарифмического масштаба по оси частот на графиках АЧХ.

3.21 Какими основными параметрами и характеристиками выражают передаточные свойства четырехполюсников, например, устройств звукового вешания?

Для выражения свойств четырехполюсников усиливать или ослаблять сигнал используют понятия: коэффициент передачи, коэффициент усиления, усиление, затухание (ослабление). Частотные свойства четырехполюсников определяют параметрами: полоса пропускания, амплитудно-частотная характеристика, фазочастотная характеристика, коэффициент амплитудно-частотных искажений, неравномерность амплитудно-частотной и нелинейность фазочастотной характеристик. Нелинейные свойства четырехполюсников оценивают коэффициентом гармоник, коэффициентом нелинейных искажений, коэффициентом комбинационных частот, коэффициентом разностного тона, коэффициентом интермодуляции. Влияние помех выражают понятиями: отношение сигнал/помеха (С/П), защищенность.

Под коэффициентом передачи понимают отношение напряжений на выходе и входе устройства. Поскольку четырехполюсники содержат реактивные элементы, изменения напряжения сопровождаются фазовыми сдвигами выходного напряжения по отношению ко входному. Фазовые сдвиги во многих случаях не учитывают, и за коэффициент передачи принимают модуль отношения выходного и входного напряжений: К = |U₂/U₁|. Для усилителей пользуются термином "коэффициент усиления". Если усилительные свойства выражают разностью уровней на выходе и входе устройства, пользуются термином "усиление": K = N₂ – N₁.

Если выходное напряжение четырехполюсника (например, линии, фильтра, корректирующего контура) меньше входного, кроме коэффициента передачи пользуются понятием "затухание" ("ослабление") и выражают его как разность входного и выходного уровней а = N₂ – N₁ или как двадцать логарифмов модуля отношения входного и выходного напряжении: Такое выражение затухания принято для того, чтобы его значение было положительной величиной.

Под полосой пропускания канала, тракта, устройства понимают диапазон частот, в пределах которого коэффициент передачи, усиление, затухание изменяются в заданных, заранее установленных пределах. Зависимость коэффициента передачи от частоты называют амплитудно-частотной характеристикой, а зависимость фазового сдвига выходного напряжения по отношению ко входному напряжению фазочастотной характеристикой. Идеальная АЧХ имеет вид прямой, параллельной оси частот, идеальная ФЧХ вид наклонной прямой, проходящей через нуль шкалы частот. Чем круче ФЧХ, тем больше временное запаздывание где j - фазовый сдвиг. Отклонения АЧХ и ФЧХ от прямой линии называют неравномерностью АЧХ и нелинейностью ФЧХ (рисунок 3.8 и 3.9). Численно АЧХ чаще всего строят в логарифмических единицах (единицах уровня): где K_f - коэффициент передачи на данной частоте f, а К₁₀₀₀ - коэффициент передачи на частоте 1000 Гц.

Множественность величин, введенных для оценки нелинейных искажений, обусловлена тем, что ни одна из них не отображает значение искажений адекватно их слуховому восприятию.

Рисунок 3.8 Рисунок 3.9

Коэффициент гармоник К_г учитывает лишь продукты нелинейных искажений с частотами, кратными основной частоте.

Коэффициент комбинационных частот К_кч отображает составляющие частотных комбинаций вида

Коэффициент нелинейных искажений К_ни учитывает и гармонические, и комбинационные составляющие, но в условиях эксплуатации измерять его практически невозможно ввиду сложности измерительных процедур, поэтому эта величина имеет чисто теоретическое значение.

Коэффициент разностного тона К_рт является частным случаем К_кч. В нем учитывается лишь первая разностная комбинация f₁ – f₂, что упрощает измерения, но необходимость применять при измерениях два генератора сильно сужает область его применения. В зарубежной практике довольно широкое распространение получило измерение коэффициента интермодуляции К_им. Суть этого измерения заключается в том, что на исследуемое устройство подают напряжения двух сильно различающихся частот. Коэффициентом интермодуляции называют коэффициент паразитной амплитудной модуляции составляющей более высокой частоты, отнесенный к коэффициенту паразитной амплитудной модуляции составляющей более низкой частоты. Этот показатель нелинейности широко используют при оценке нелинейных свойств громкоговорителей.

Из-за простоты измерительных процедур нелинейность четырехполюсников оценивают чаше всего коэффициентом гармоник, несмотря на то, что числовое значение К_г не находится в прямом соответствии со слуховым ощущением. Нечетные гармоники гораздо заметнее четных. Важно также, насколько быстро уменьшаются мощности гармоник с увеличением частоты. В частности, у ламповых усилителей спад мощности гармоник с увеличением их номера происходит гораздо быстрее, чем у транзисторных, а именно высшие гармоники создают особенно неприятные, диссонирующие интервалы.

Под отношением С/П понимают разность номинального уровня (в канале, тракте, устройстве) и уровня помех. Близким по смыслу является понятие "защищенность" Иногда пользуются понятием "относительный уровень помех". Это величина, обратная С/П, выражается отрицательным числом.

Для оценки качества стереофонических каналов и трактов дополнительно используют несколько величин: разность коэффициентов передачи (обычно выражают различием уровней на выходе каналов Л и П при подаче на входы обоих каналов напряжения частоты 1000 Гц от одного генератора), фазовый сдвиг Dj между сигналами на выходе каналов Л и П (для несинусоидальных сигналов – временной сдвиг Dt между сигналами на выходе каналов Л и П), различие АЧХ двух каналов, переходное затухание между каналами Л и П.

4 Задание на контрольную работу и методические указания по ее выполнению

4.1 Общие указания

По курсу необходимо выполнить контрольную работу, содержащую четыре задачи.

Ход решения задач следует сопровождать краткими пояснениями. Укажите причины выбора той или иной формулы, того или иного приема решения. Пояснения следует давать, в частности, при составлении схемы электрического аналога механической колебательной системы. Расчетные формулы приводите в общем виде, объясняя буквенные обозначения и делая ссылки на литературный источник. Все числовые величины подставляйте в формулу только в основных единицах. Конечные результаты сопровождайте единицами измерения или размерностями (мВ, Па, дБ, м/с и т.д.). Количество значащих цифр выбирайте с учетом количества значащих цифр в исходных данных и нужд практики. По результатам расчета следует сделать выводы.

4.2 Выбор варианта задания

Задание на контрольную работу содержит ряд вопросов и задач, из которых студент выбирает четыре в соответствии с двумя последними цифрами студенческого билета. В каждой строке левой колонки таблицы указан интервал в пределах десяти двух последних цифр номера студенческого билета, в каждой правой колонке указаны интервалы, в пределах которых выбираются номера вопросов или задач. Если две последние цифры находятся в интервале 51 - 00 (100), то данное число уменьшают на 50.

Таблица 1

Две последние цифры номера студенческого билета	Номера вопросов или задач
01 - 10	01 - 10, 31 - 40, 51 - 60, 81 - 90
11 - 20	11 – 20, 41 – 50, 61 – 70, 91 – 00
21 - 30	21 – 30, 01 – 10, 71 – 80, 51 - 60
31 - 40	31 – 40, 21 – 30, 81 – 90, 61 – 70
41 - 50	41 – 50, 31 – 40, 91 – 00, 71 - 80

Например, при комбинации двух последних цифр 37 выполняются ответы на вопросы с номерами 37, 27, 87, 67. На эти же вопросы должен ответить студент, комбинация двух последних цифр номера студенческого билета которого равна 87, поскольку 87 - 50 = 37, Если две последние цифры номера студенческого билета составляют комбинацию 06, то даются ответы на вопросы с номерами 06, 36, 56, 86 и т.д.

4.3 Вопросы и задачи контрольного задания

1. Каков высотный диапазон слуха в частотном и октавном исчислении? Насколько снизится чувствительность слуха при уменьшении частоты от 1000 до 50 Гц при уровне интенсивности звука 40 дБ?

2. Укажите абсолютные и дифференциальные пороги восприятия звука в значениях звукового давления и уровня интенсивности звука. Каков динамический диапазон слуха, исходя из порога слышимости и болевого порога?

3. В чем различие логарифмических единиц, которыми оценивают интенсивность звука - децибела и фона? Какому значению фонов на частоте 50 Гц соответствует уровень интенсивности звука 40 дБ? То же для уровня интенсивности звука 20 дБ?

4. Что такое стереоэффект? Почему на частотах ниже 150 Гц стереоэффект не ощущается? Какой практический вывод из этого обстоятельства вытекает при построении громкоговорящих устройств воспроизведения звука?

5. Почему слуху свойственны нелинейные искажения? Какими практическими примерами можно проиллюстрировать это обстоятельство?

6. Каким образом явление маскировки звука учитывают при построении устройств электросвязи и звукового вещания? Облегчает ли оно или усложняет саму разработку данных устройств?

7. Приведите примеры акустических устройств с сосредоточенными и распределенными параметрами. В чем принципиальная разница между ними? Напишите формулы, по которым рассчитывают резонансные частоты тех и других устройств.

8. Можно ли в жилой комнате воссоздать или имитировать акустические условия большого зала? Если - нет, то почему? Если - да, то какими техническими средствами?

9. Почему для больших залов расчет времени реверберации дает результат, подчас весьма далекий от реального? Какими параметрами оценивают акустические свойства таких залов?

10. В чем различие понятий: звукопоглощение и звукоизоляция? От каких физических причин зависит первое и второе?

11. Составьте программу для ПЭВМ или микрокалькулятора и рассчитайте собственные (резонансные) частоты помещений с линейными размерами 2,5; 2,5; 2,5 м, а также 6; 5 и 3 м в диапазоне частот 20 - 200 Гц. Какое помещение и почему вы считаете лучшим в акустическом отношении? Можно ли какими-либо способами улучшить акустические свойства небольших помещений?

12. Изобразите эскизы звукопоглощающих конструкций: перфорированной панели и щита Бекеши. В чем различие физических принципов их действия? Какими конструктивными приемами можно изменить область частот, где достигается максимум коэффициента поглощения?

13. Почему при проникании звуков музыки из соседних квартир в вашу звучание воспринимается в виде ритмических ударов, а не мелодии, почему речь (текст песни) оказывается неразборчивой?

14. Почему звукоизоляция преград ухудшается по мере уменьшения частоты?

15. Почему даже небольшое отверстие в преграде существенно снижает ее звукоизоляцию? Проиллюстрируйте это обстоятельство примером: рассчитайте, насколько уменьшится звукоизоляция стены площадью 20 м² с собственной звукоизоляцией 50 дБ, если в ней проделать отверстие площадью 10 см², закрытое легкой преградой (например, обоями) с собственной звукоизоляцией 10 дБ?

16. Почему коэффициент поглощения большинства звукопоглощающих материалов с мягкой (тканевой) и жесткой (пористой) структурой увеличивается с ростом частоты? На что тратится звуковая энергия, поглощенная материалом?

17. Зачем необходимы микрофоны с различными диаграммами направленности? Приведите примеры их использования.

18. Для каких целей используют микрофоны, у которых частотная характеристика чувствительности отличается от горизонтальной прямой, например, имеет подъем в области нижних или верхних частот?

19. Изобразите эскиз конструкции электретного микрофона и схему его включения. Каковы его преимущества и недостатки по сравнению с конденсаторным?

20. Почему частоту механического резонанса подвижной системы микрофона стремятся вывести за пределы рабочего диапазона частот: у катушечного и ленточного микрофона сделать возможно ниже, а у конденсаторного поднять выше верхней границы рабочего диапазона частот?

21. Простейший способ получения острой диаграммы направленности - использование линейной группы микрофонов. Рассчитайте характеристики направленности и постройте по ним диаграммы направленности линейной группы микрофонов при следующих данных: количество микрофонов в группе 2 и 4, расстояние между соседними микрофонами 20 см, частоты 100 и 1000 Гц.

22. Предложите и изобразите структурную схему системы радиомикрофона (передающую и приемные части). Выберите и обоснуйте мощность, диапазон частот и вид модуляции передатчика.

23. Объясните принципы действия и изобразите эскизы конструкции акустической части микрофонов с круговой, косинусоидальной и кардиоидной диаграммой направленности. Какие промежуточные виды диаграмм направленности получатся у комбинированного микрофона при неравенстве осевой чувствительности его составляющих - приемника давления и градиента давления?

24. Каковы физические причины небольшого к.п.д. конусных (диффузорных) громкоговорителей? Существуют ли способы его увеличения?

25. Почему при действии мощных громкоговорителей выделяется значительное количество тепла? Предложите и обоснуйте способы улучшения оттока тепла от звуковой катушки громкоговорителя.

26. Сравните по технико-экономическим показателям - коэффициенту полезного действия, неравномерности частотной характеристики чувствительности, нелинейным искажениям, диаграммам направленности, размерам два типа излучателя направленного действия - рупорный громкоговоритель и звуковую колонку.

27. Рассчитайте характеристики направленности и по результатам расчета постройте диаграммы направленности звуковой колонки с числом головок 7, расстоянием между акустическими осями головок 15 см. Расчетные частоты 300 и 3000Гц.

28. Чем объяснить большую неравномерность частотной характеристики чувствительности узкогорлых рупорных громкоговорителей?

29. Для чего низкочастотный конусный (диффузорный) громкоговоритель нужно помещать в футляр (ящик) больших размеров или использовать фазоинвертор?

30. Каким путем обеспечивают хорошее воспроизведение звуков нижних частот в высококачественных автомобильных громкоговорящих устройствах? Опишите конструкции автомобильных громкоговорящих устройств.

31. Ваше суждение о том, какой должна быть диаграмма направленности в горизонтальной плоскости домашней (бытовой) акустической системы? Приведите доводы в обоснование своего мнения.

32. Следует ли при проектировании многополосных акустических систем учитывать фазо-частотные характеристики разделительных фильтров? Если нет, то почему, если да, то каким способом?

33. Перечислите и объясните причины возникновения нелинейных искажений в громкоговорителях. Каковы способы их уменьшения?

34. В диапазоне частот от 25 до 5000 Гц рассчитайте и постройте графическую зависимость амплитуды смещения подвижной системы громкоговорителя при постоянном значении амплитуды колебательной скорости 50 м/с. К каким последствиям и почему приводит возрастание амплитуды смещения подвижной системы с уменьшением частоты?

35. Почему диаграмма направленности конусного (диффузорного) громкоговорителя обостряется с увеличением частоты? К каким последствиям это приводит?

36. Чем объяснить "бубнящий" тембр некоторых акустических систем, особенно в небольших помещениях, принимаемый некомпетентными людьми за хорошее воспроизведение звуков нижних частот?

37. Чем объяснить появление множества пиков и провалов на частотной характеристике чувствительности конусного (диффузорного) громкоговорителя на средних частотах? Предложите способ их сглаживания.

38. Что вы понимаете под термином "согласование четырехполюсников"? Можно ли в этом смысле согласовать громкоговоритель с выходом усилителя, если модуль электрического сопротивления громкоговорителя в диапазоне звуковых частот изменяется в несколько раз, а выходное сопротивление усилителя практически неизменно? Каким должно быть отношение этих сопротивлений и почему? Приведите примеры численных значений этих сопротивлений.

39. В чем заключается принципиальное противоречие в требованиях, предъявляемых к громкоговорителю для хорошего воспроизведения звуков нижних или верхних частот? Каковы, по вашему мнению, способы преодоления этого противоречия?

40. Почему к.п.д. рупорных громкоговорителей примерно на порядок выше к.п.д. конусных (диффузорных)? Перечислите и объясните способы увеличения к.п.д. и условия, при которых это возможно.

41. Какую систему звукоусиления вы выберете для звукоусиления в зале: а) при прослушивании речи, б) при воспроизведении музыки?

42. Как расположить громкоговорители при озвучивании протяженного и неширокого пространства, например, улицы? Как избежать эха при приходе в какую-либо точку обслуживаемой территории звуков от нескольких громкоговорителей?

43. Как избежать разрыва зрительного и слухового образов при звукоусилении в зале?

44. Каким образом в современных залах добиваются небольшой неравномерности уровня звукового давления на слушательских местах? Что делается, чтобы получить оптимальное значение времен запаздывания звуков, отраженных от потолка и стен залов?

45. Перечислите и объясните способы уменьшения опасности акустической обратной связи при звукоусилении? Какую роль может при этом сыграть параметрический эквалайзер?

46. Зачем в эстрадных установках звукоусиления акустические системы располагают "этажеркой", ставя несколько акустических систем одну на другую?

47. Нужно ли увеличивать количество звукоусилительных трактов в стереофонических системах более двух? Если нет, то в каких случаях и почему; если да, то в каких случаях и с какой целью? Приведите эскизы расположения акустических систем стереофонических установок.

48. Каковы способы организации системы звукоусиления в зале, линейные размеры которого существенно больше тех, при которых возникает эхо? Как следует расположить громкоговорители в этих случаях?

49. Нарисуйте структурную схему установки для синхронного перевода речей с нескольких языков на один, с нескольких языков на несколько других языков.

50. Каковы преимущества и недостатки диетической системы стереофонического вещания с "искусственной головой" и слушанием программы на головные телефоны? Приведите пример структурной схемы такой системы.

51. Определите электрические уровни на выходе микрофона с чувствительностью 0,1 мВ/Па, если уровни звукового давления у микрофона равны 60 и 90 дБ.

52. Перечислите, опишите и сравните известные вам способы понижения заметности помех. Сравните их по эффективности и сложности.

53. В чем различие понятий: корректирование АЧХ, частотные предыскажения, регулирование тембра? Приведите примеры использования этих способов воздействия на электрический сигнал ЗВ.

54. Опишите способы реставрации старых фонограмм с целью расширения спектра, уменьшения уровня помех ("фона" пульсаций выпрямленного напряжения, щелчков, "шипения"). Можете ли вы предложить идею уменьшения нелинейных искажений?

55. Как следует деформировать АЧХ для получения эффекта нахождения кажущегося источника звука перед слушателем, позади него и над ним? Изобразите вид необходимых АЧХ.

56. Какие художественные и технические задачи решаются при преобразовании электрических сигналов в аппаратных звукового вещания и звукозаписи? Объясните приемы решения этих задач.

57. Как инерционные ограничители (лимитеры) и сжиматели (компрессоры) влияют на параметры сигнала звукового вещания, смысловую и эмоциональную части содержащейся информации? Каково их положительное и отрицательное влияние на качество сигнала?

58. Почему при формировании сигнала звукового вещания (даже монофонического) используют несколько микрофонов, а не два или один?

59. До какого значения целесообразно уменьшать нелинейные искажения аппаратуры звукового вещания (ЗВ), в том числе и усилителей, а также громкоговорителей, учитывая нелинейные искажения, свойственные самому слуху?

60. Чем руководствуются при выборе частоты дискретизации и числа разрядов в устройстве ЗВ? Приведите примеры этих параметров для телефонного канала и каналов ЗВ высшего и 1-го классов качества.

61. Почему дельта-модуляцию, несмотря на сравнительную простоту реализации, используют преимущественно в устройствах вещательных аппаратных, а не в каналах передачи сигналов ЗВ?

62. Каковы пути уменьшения количества разрядов и снижения скорости передачи цифрового сигнала 3В?

63. Перечислите причины возникновения сбоев и ошибок в цифровых каналах ЗВ, опишите способы их обнаружения и исправления.

64. Какими техническими средствами изменяют частоту дискретизации с 48 до 32 кГц?

65. Объясните способы уменьшения психофизической избыточности цифрового сигнала ЗВ.

66. Каковы преимущества и недостатки цифрового (дискретного) способа представления сигнала ЗВ по сравнению с аналоговым?

67. Для цифровой системы передачи (ЦСП) сигнала ЗВ с динамическим диапазоном 60 дБ и верхней частотой спектра 10 и 20 кГц выберите количество разрядов аналого-цифрового преобразования (АЦП), частоты дискретизации, определите скорости цифрового потока, оцените ширину занимаемой полосы частот. Принять отношение мощности сигнала к мощности шумов квантования, выраженное в децибелах, С/П = 6n - 16,7 дБ.

68. Объясните физические причины своеобразной АЧХ аналоговых устройств магнитной записи звука, не имеющей горизонтального участка. В каких блоках магнитофона и как корректируют эту АЧХ?

69. Чем конструктивно различаются магнитные головки стирания, записи и воспроизведения? Зачем необходим дополнительный зазор в головке записи?

70. Почему для более совершенного стирания фонограммы помимо локального (местного) стирания с помощью стирающей головки используют интегральное размагничивание с помощью переменного поля электромагнита, воздействующего на весь рулон?

71. Объясните причины волновых, щелевых, контактных, слойных потерь.

72.Объясните природу структурного и контактного шума магнитной записи.

73. Объясните, в каких случаях и почему используют магнитную запись без подмагничивания, с высокочастотным подмагничиванием, с подмагничиванием постоянным полем.

74. Почему возникают одиночные ошибки и пакеты ошибок при цифровой магнитной записи? Какими способами устраняют их отрицательные последствия?

75. Перечислите сооружения и устройства, входящие в тракты первичного и вторичного распределения сигналов ЗВ. Укажите числовые значения основных параметров качества (неравномерность АЧХ в пределах заданной полосы частот, коэффициент гармоник, допустимые уровни различных помех), а для стереофонических трактов еще и дополнительные параметры - допустимое расхождение коэффициентов передачи и допустимые временные (фазовые) сдвиги между трактами Л и П.

76. Сопоставьте параметры качества, обеспечиваемые радиовещанием в диапазонах с амплитудной модуляцией и системами проводного вещания больших городов. В каких системах ЗВ обеспечивается лучшая помехозащищенность?

77. Чем различаются системы стереофонического радиовещания в диапазоне метровых волн с частотной модуляцией?

78. Почему при переходе к стереофоническому радиовещанию в диапазоне метровых волн радиус действия радиопередатчика уменьшается?

79. Можно ли организовать цифровое радиовещание в диапазоне ГМВ? Если нет, то почему, если да, то каким способом?

80. Каким способом осуществляют передачу стереофонического сигнала в телевизионном вещании? Укажите несущие частоты звука и используемые виды модуляции.

81. Каковы принципы организации многопрограммного цифрового радиовещания?

82. Каковы причины существования, наряду с радиовещанием, проводного вещания в нашей стране и за рубежом? Какие диапазоны частот используют для организации многопрограммного проводного вещания?

83. К каким последствиям приводят расхождения коэффициентов передачи и фазовые сдвиги между трактами Л и П стереофонического вещания? Укажите нормы на допустимые различия коэффициентов передачи и фазовые сдвиги.

84. Изобразите структурную схему оконечного (мощного) усилительного устройства проводного вещания. Как осуществляется защита усилителя от недопустимого превышения входного уровня и от последствий короткого замыкания на линиях проводного вещания?

85. Объясните, почему отрицательная обратная связь (ОС) по напряжению снижает выходное сопротивление, амплитудно-частотные и нелинейные искажения усилителя?

86. В чем различие назначения соединительных линий и линий проводного вещания? Какие физические цепи используют для организации первых и вторых?

87. Каков физический смысл первичных и вторичных параметров проводных линий? Как эти параметры изменяются с увеличением частоты?

88. Опишите методы расчета проводных линий со многими нагрузками и с одной нагрузкой в конце линии. В каких практических случаях используют тот или иной метод?

89. Предложите способы организации многопрограммного проводного вещания на транспортных средствах: на пассажирском корабле, в поезде, на самолете.

90. Почему в ограничителе и сжимателе применяют обратное регулирование, а расширителе – прямое?

91. В чем различие понятий: динамический диапазон сигнала, пропускаемого трактом (аппаратурой), и отношение сигнал/помеха? На сколько децибелов (примерно) должны различаться их значения для трактов высшего класса качества?

92. Правильно ли определение, что АЧХ - это зависимость напряжения на выходе устройства от частоты? Если, по вашему мнению, нет, как следует уточнить это определение?

93. Изобразите структурную схему одного из устройств, предназначенных для измерения нелинейных искажений. Объясните назначение блоков.

94. Чем объяснить, что нелинейность устройств ЗВ чаще всего оценивают коэффициентом гармоник, хотя в большинстве случаев более заметны искажения вида комбинационных частот? Предложите способ измерения комбинационных искажений, изобразите структурную схему таких измерений.

95. Что называется переходной характеристикой какого-либо устройства? В чем преимущества этого понятия по сравнению с АЧХ и фазо-частотной характеристикой? Почему ее нормируют отдельно для областей нижних и верхних частот (НЧ и ВЧ)? В чем трудность практического использования этого понятия?

96. Предложите способы контроля основных параметров качества трактов 3В (коэффициента передачи, коэффициентов амплитудно-частотных искажений коэффициента гармоник, уровня помех), приведите примеры измерительных схем.

97. Что такое пик-фактор? Каковы его значения для речи и музыки? Как изменяется пик-фактор при сжатии динамического диапазона сигнала? Как это сказывается на относительной средней мощности сигнала?

98. Почему громкость звучания радиопередачи заметно меняется при переходе от речи к музыке и наоборот? Что вы порекомендуете для уменьшения этого недостатка?

99. Почему измеренный динамический диапазон сигнала зависит от времени интеграции измерителя уровня? При каких значениях времени интеграции он окажется больше?

100. Чем различаются понятия - "время заряда" и "постоянная времени заряда", "время разряда" и "постоянная времени разряда" конденсатора? Какова численная связь между ними? Каковы численные значения этих параметров в современных измерителях уровня?

Список литературы

1. Радиовещание и электроакустика: Учебник /Под ред. Ю.А.Ковалгина. –М.: Радио и связь, 1998.

2. Радиовещание и электроакустика: Учебник/Под ред. М.В.Гитлица. –М.: Радио и связь, 1989.

3. Ефимов А.П. Звуковое вещание в вопросах и задачах. –М.: МТУСИ, 1996.

4. Попов О.Б. 32 вопроса по радиовещанию. –М.: МТУСИ, 1999.

5. Айтмагамбетов А.З., Сабдыкеева Г.Г. Радиовещание и электроакустика ч.1.: Учебное пособие. –Алматы: АИЭС, 1998. -80с.

6. Сабдыкеева Г.Г. Радиовещание и электроакустика: Программа, методические указания и задание на контрольную работу (для студентов заочной формы обучения специальности 3804). -Алматы: АИЭС, 1994.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

1 Общие сведения

2 Программа курса

3 Некоторые пояснения к изучаемым вопросам

4 Задание на контрольную работу и методические указания по ее выполнению

4.1 Общие указания

4.2 Выбор варианта задания

4.3 Вопросы и задачи контрольного задания

Список литературы