АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра радиотехники
Т.А.Урусова
ОСНОВЫ РАДИОВЕЩАНИЯ И ТЕЛЕВИДЕНИЯ
Методические указания к выполнению курсового проекта
Для студентов заочной формы обучения
(для студ. специальности 050719)
Алматы 2007
СОДЕРЖАНИЕ
1 Вводная часть.
1.1 Цель преподавания дисциплины.
1.2 Задачи изучения дисциплины.
1.3 Перечень пререквизитов.
1.4 Перечень постреквизитов.
2 Содержание дисциплины.
2.1 Рабочая программа лекционного курса «Основы радиовещания
и телевидения» (5 семестр).
2.2 План лабораторных занятий.
2.3 План практических занятий
3 Учебно-методическое обеспечение.
3.1 Список рекомендуемой литературы.
3.2 Перечень используемых наглядных пособий.
3.3 Методические указания к выполнению курсового проекта
3.4 Пакет тестовых заданий.
3.5 Экзаменационные вопросы.
3.6 Система текущего и итогового контроля знаний.
4 Задание к курсовой работе
4.1 Методика расчета амплитуд цифровых сигналов яркости и
цветности
4.2 Расчет акустического оформления
4.2.1 Открытое акустическое оформление
4.2.2 Закрытое акустическое оформление
4.2.3 Пример расчета головки динамической 25 ГДН3-2
4.3 Выбор оптимального (из четырех) способа кодирования звука
1 Вводная часть
1.1 Цель преподавания дисциплины.
Цель курса – изучение основных закономерностей при формировании, обработке, передаче и приеме телевизионного изображения со звуковым сопровождением.
Курс "Основы радиовещания и телевидения" является одним из основных по направлению радиоэлектроника и телекоммуникации.
1.2 Задачи изучения дисциплины.
Задачами курса являются: формирование у студентов теоретической базы по вопросам формирования телевизионного сигнала, принципам передачи аналоговых и цифровых тв-сигналов, согласно различным стандартам, обработке, приема, принципов получения изображения на экранах разных типов и обучение их умению применять полученные знания на практике.
1.3 Перечень прореквизитов.
Для усвоения курса «Основы радиовещания и телевидения» студентам необходимы знания в объеме институтских программ по следующим дисциплинам:
1. Математика
2. Физика
3. Теория электрических цепей
4. Метрология, стандартизация и сертификация
5. Основы радиотехники, электроники и телекоммуникаций 2.
1.4 Перечень постреквизитов.
Курс «Основы радиовещания и телевидения» является теоретической базой для изучения ряда курсов по направлению радиотехника, электроника и телекоммуникации - таких как «Технологии беспроводной связи», «Радиоприемные устройства», «Радиопередающие устройства» и других.
Изучив курс «Основы радиовещания и телевидения»
студент должен знать:
1. Основные светотехнические величины, характеризующие качество тв-изображения.
2. Принцип получения телевизионного сигнала.
3. Виды искажений ТВ-сигнала и способы их коррекции.
4. Принципы передачи аналоговых и цифровых сигналов в соответствии с различными стандартами.
5. Разницу в построении масочных кинескопов, а также принцип получения изображения на экране жидкокристаллических и плазменных панелей.
2 Содержание дисциплины
2.1 Рабочая программа лекционного курса «Основы радиовещания и телевидения» (5 семестр).
№
|
Содержание лекций |
Кол. часов |
1 |
Введение.
Основные светотехнические величины. Трехкомпонентная колориметрическая
система. Процесс образования сигнала изображения.
Параметры спектра тв-сигнала. Принципы и условия
формирования растров.
|
2 |
2 |
Координатные и яркостные искажения тв-сигнала. Гамма коррекция. Восстановление постоянной составляющей. Назначение и принцип работы схемы фиксации. Управляемые и неуправляемые схемы ВПС.
|
2 |
3 |
Принцип передачи изображения в системе SECAM, характеристики системы. |
2 |
4 |
Строение кинескопа. Масочные дельтавидные и планарные, кинескопы типа Trinitron, BIO-кинескопы. |
2 |
5 |
Жидкокристаллические и плазменные панели. Принципы построения, сравнительные характеристики, перспективы развития технологий. |
2 |
6 |
Аналого-цифровое преобразование тв-сигнала. Форматы дискретизации. Рекомендация ITU 601.
|
2 |
7 |
Стандарты сжатия движущихся изображений MPEG-1,2, 4.Различные виды масштабируемости. |
2 |
8 |
Европейский стандарт цифрового телевещания DVB в сравнении с американским АТSC. Преимущества и недостатки каждого из стандартов
|
2 |
2.1 План лабораторных занятий (5 семестр).
№ |
Содержание лабораторных работ |
Кол. часов |
1 |
Измерение основн ых п а раметров полного телевизионного сигнала. |
2 |
2 |
Изучение п ринц и п о в форм и рования растра. |
2 |
3 |
Изучение искажений ТВ-изображения. |
2 |
4 |
Исследование кадровой развертки. |
2 |
5 |
Снятие зависимости порога слышимости от частоты, изучение явления маскировки звука. |
2 |
6 |
Измерение параметров микрофонов. |
2 |
2.2 План практических занятий (5 семестр).
№ |
Содержание практических занятий |
Кол. часов |
1. |
Пояснения к заданию на курсовой проект |
2 |
2. |
Решение задач по расчету амплитуд цифровых яркостного и цветоразностных сигналов. |
2 |
3. |
Решение задач по расчету параметров ПТВС. |
2 |
4. |
Решение задач по расчету разрешающей способности ТВ изображения для различных структур дискретизации. |
2 |
3. |
Строение и характеристики головки динамической. |
2 |
4. |
Преимущества и методика расчета открытого акустического оформления. |
2 |
5. |
Преимущества и методика расчета закрытого акустического оформления динамической головки. |
2 |
6. |
Активные НЧ/ВЧ фильтры. |
2 |
7. |
Цифровые способы записи звука БВНМ, ФМ, ЧМ, МФМ, преимущества и недостатки способов. Примеры кодирования последовательностей. |
2 |
3 Учебно-методическое обеспечение
3.1 Список рекомендуемой литературы.
1. Телевидение / Под ред. В.Е.Джакония – М.: Радио и связь, 2004.
2. Звуковое, телевизионное вещание / Выходец А.В., Коваленко В.И., Кохно М.Т. – М.: Радио и связь ,1987.
3. Телевидение / Под ред. П.В. Шмакова – М.:Связь,1979. –432с. ил.
4. Основы цифрового телевидения: Учебное пособие. – М.: «Горячая линия –Телеком»,2001.- 224с: ил.
5. Современные телекоммуникации./ Под общей редакцией С.А. Довгого – М.: Эко- Трендз, 2003
6. Айтмагамбетов А.З., Сабдыкеева Г.Г. Цифровое телерадиовещание:
Учебное пособие.- АИЭиС 2003.
7. Айтмагамбетов А.З., Сабдыкеева Г.Г. Кабельное телевидение:
Учебное пособие.- АИЭиС 2001.
8.Основы цифрового телевидения. А.В. Смирнов –М.: Горячая линия – Телеком, 2001.
9. Бытовые акустические системы. В.К. Иофе, М.В. Лизунков
10.Цифровая запись сигналов звука и изображения:.Учебное пособие/ Т.А.Урусова.- АИЭС, 2005.
3.2 Перечень используемых наглядных пособий.
1 Стенды лабораторные по дисциплине «Телевидение»
2 Стенды «УРВС-94».
3.3 Методические указания к выполнению курсового проекта
(для студентов радиотехнических и телекоммуникационных специальностей заочной формы обучения).
3.4 Пакет тестовых заданий. Тестовый комплекс Gratex 5.0
(база вопросов по 8 темам в объеме 140 вопросов).
3.5 Экзаменационные вопросы.
Комплект из 60 вопросов и 30 задач на устную часть экзамена.
3.6 Система текущего и итогового контроля знаний.
№ |
Форма контроля |
Вид контроля |
Цель проведения |
Мах. балл |
Примечание |
1 |
Текущий контроль |
Контрольная работа |
аттестация |
9 |
3 задачи |
2 |
Текущий контроль |
Дифференци-рованный зачет |
сессия |
9 |
Защита лабор. работ и курс.проекта |
3 |
Рубежный контроль |
Комбинирован-ный экзамен |
сессия |
9 |
Электрон. тест и устный экзамен |
4 Задание к курсовой работе:
Разработать телевизионный приемник и рассчитать для него:
a) амплитуды цифровых сигналов яркости и цветности, при передаче элементов определенной (вариантом задания) цветности;
б) акустическое оформление сабвуфера для системы домашнего кинотеатра;
в) выбрать оптимальный из четырех (БВНМ, ЧМ, ФМ, МФМ) способ кодирования звука.
4.1 Методика расчета амплитуд цифровых сигналов яркости и цветности
-Рассчитать амплитуды аналоговых яркостного и цветоразностных сигналов при воспроизведении заданного (по варианту) цвета 100% насыщенности.
-Перевести их в цифровую форму и представить в виде двоичных кодовых комбинаций в соответствии с рекомендацией ITU 601.
-Построить графики изменения этих сигналов во времени в строчном периоде для тестового изображения «градационный клин» и отметить рассчитанные значения амплитуд сигналов.
Номер варианта для выполнения п. 4.1 выбирается по последним двум цифрам зачетной книжки.
Т а б л и ц а 4.1
варианты |
сигналы |
цвета |
|||
01 |
26 |
51 |
76 |
ER-Y; EВ-Y |
Желтый, голубой |
02 |
27 |
52 |
77 |
E Y ;ER-Y |
Пурпурный, желтый |
03 |
28 |
53 |
78 |
EВ-Y;E Y |
Голубой, пурпурный |
04 |
29 |
54 |
79 |
ER-Y; EВ-Y |
Зеленый, желтый |
05 |
30 |
55 |
80 |
E Y ;ER-Y |
Красный, голубой |
06 |
31 |
56 |
81 |
EВ-Y;E Y |
Желтый, белый |
07 |
32 |
57 |
82 |
ER-Y; EВ-Y |
Голубой, пурпурный |
08 |
33 |
58 |
83 |
E Y ;ER-Y |
Пурпурный, красный |
09 |
34 |
59 |
84 |
EВ-Y;E Y |
Синий, голубой |
10 |
35 |
60 |
85 |
ER-Y; EВ-Y |
Желтый, пурпурный |
11 |
36 |
61 |
86 |
E Y ;ER-Y |
Голубой, зеленый |
12 |
37 |
62 |
87 |
EВ-Y;E Y |
Пурпурный, черный |
13 |
38 |
63 |
88 |
ER-Y;EВ-Y |
Голубой, белый |
14 |
39 |
64 |
89 |
E Y ;ER-Y |
Желтый, голубой |
15 |
40 |
65 |
90 |
ER-Y; EВ-Y |
Зеленый, пурпурный |
16 |
41 |
66 |
91 |
E Y ;ER-Y |
Синий, пурпурный |
17 |
42 |
67 |
92 |
EВ-Y;E Y |
Желтый, белый |
18 |
43 |
68 |
93 |
ER-Y; EВ-Y |
Пурпурный, голубой |
19 |
44 |
69 |
94 |
E Y ;ER-Y |
Зеленый, голубой |
20 |
45 |
70 |
95 |
EВ-Y;E Y |
Белый, желтый |
21 |
46 |
71 |
96 |
ER-Y; EВ-Y |
Голубой, красный |
22 |
47 |
72 |
97 |
E Y ;ER-Y |
Черный, пурпурный |
23 |
48 |
73 |
98 |
EВ-Y;E Y |
Синий, голубой |
24 |
49 |
74 |
99 |
ER-Y;EВ-Y |
Желтый, синий |
25 |
50 |
75 |
100 |
ER-Y; EВ-Y |
Желтый, голубой |
Рекомендация ITU 601 :
п -количество разрядов квантования;
п = 8, что дает
256 уровней квантования -
Nкв
= 28 ;
уровень черного Ey -
16 - й уровень квантования;
уровень белого
- 235-й уровень квантования;
уровни квантования - 16
снизу и 20 сверху;
резервные зоны на случай выхода значений аналогового сигнала яркости за пределы номинального диапазона;
на 0-м и 255-м уровнях квантования - сигналы синхронизации.
Рисунок 4.1
Формула для расчета аналогового сигнала яркости
Ey = 0,3 Еr +0,59Eg + 0.11 Eв.
АЦП сигнала яркости : Y=219Е’у+16
где Е'у — аналоговый сигнал яркости, меняющийся от 0... 1В;
Y- цифровой сигнал яркости, меняющийся от 16 до 235.
У цветоразностных сигналов резервные зоны по 16 уровней квантования сверху и снизу. На АЦП поступают компрессированные цветоразностные сигналы, формируемые
Есr = 0,713E’R-Y,
Есв = 0,564E’ В-Y
Есr и Есв
изменяются от -0,5 ... 0,5
В.
АЦП цветоразностных сигналов
CR = 224E'CR+128=159,712 Е’R-y +128 = 160 Е’R-y +128,
Св = 224Е'СВ +128 = 126,336
Е'В-Y +128=126
Е'В-Y +128
128-й уровень квантования соответствует нулевому значению цветоразностных сигналов.
4.2 Расчет акустического оформления
Задачей расчета является подбор объема активной акустической системы в зависимости от предъявляемых требований по диапазону частот с одной стороны, и приемлемых габаритов полученной акустической системы с другой.
Для быстрого расчета закрытых активных акустических систем удобен графический метод.
По графикам на рисунках 4.2.1 и 4.2.2 для заданной головки подбирается рациональное оформление.
Рисунок 4.2.1 - Кривые зависимостей V/Vэ от wГР/w0, при различных значениях добротности подвижной системы
Рисунок 4.2.2 - Кривые зависимостей V/Vэ от wГР/w0, при различных значениях добротности подвижной системы
Из таблицы 4.2.1 выбрать, заданный вариантом (по двум последним цифрам номера зачетной книжки) тип головки и подобрать его рациональное оформление.
Т а б л и ц а 4.2.1
№ варианта |
|
обозначение |
wо -рез. частота , Гц |
диапазон частот, Гц |
Vэ, л |
Qo |
Чувствит. дБ/Вт |
||
01 |
26 |
51 |
76 |
10ГДН-1 |
55 |
63…….5 000 |
80 |
0.7 |
84 |
02 |
27 |
52 |
77 |
20ГДН-1-8 |
32 |
63…….5 000 |
20 |
0,8 |
84 |
03 |
28 |
53 |
78 |
20ГДН-1 |
28 |
30…….5 000 |
21 |
0.8 |
86 |
04 |
29 |
54 |
79 |
25ГДН-1-4 |
80 |
63…….5 000 |
11 |
0.8 |
83 |
05 |
30 |
55 |
80 |
25ГДН-3-4 |
55 |
50…….5 000 |
8 |
0.6 |
84 |
06 |
31 |
56 |
81 |
25ГДН-4-4 |
40 |
40…….5 000 |
31 |
0,5 |
86 |
07 |
32 |
57 |
82 |
25ГДН-2 |
40 |
80…….3 150 |
30 |
0.4 |
88 |
08 |
33 |
58 |
83 |
25ГДН-3-8 |
63 |
31,5….2 000 |
32 |
0.4 |
81 |
09 |
34 |
59 |
84 |
50ГДН-3-2 |
25 |
40…….5 000 |
31 |
0.4 |
85 |
10 |
35 |
60 |
85 |
25ГДН-1-4(8) |
30 |
40…….5 000 |
30 |
0.4 |
84 |
11 |
36 |
61 |
86 |
35ГДН-1-4 |
30 |
40…….5 000 |
50 |
0.8 |
86 |
12 |
37 |
62 |
87 |
35ГДН-1-8 |
33 |
40…….5 000 |
45 |
0.5 |
87 |
13 |
38 |
63 |
88 |
75ГДН-1-4(8) |
28 |
31,5….1 000 |
80 |
0.5 |
86 |
14 |
39 |
64 |
89 |
75ГДН-3-4 |
25 |
31,5….2 000 |
62 |
0.5 |
86 |
15 |
40 |
65 |
90 |
75ГДН-6 |
33 |
31,5….1 000 |
65 |
0.5 |
88 |
16 |
41 |
66 |
91 |
50ГДН-1 |
25 |
31,5….4 000 |
32 |
0.4 |
85 |
17 |
42 |
67 |
92 |
75ГДН-2 |
30 |
31,5….5 000 |
75 |
0.4 |
87.5 |
18 |
43 |
68 |
93 |
75ГДН-3 |
25 |
30…….1 000 |
73 |
0.4 |
90 |
19 |
44 |
69 |
94 |
75ГДН-01 |
28 |
31,5….1 000 |
70 |
0.4 |
86.5 |
20 |
45 |
70 |
95 |
25 ГДН 4-4 |
40 |
40….5000 |
31 |
0.4 |
88 |
21 |
46 |
71 |
96 |
50 ГДН-3 |
25 |
31.5…2000 |
33 |
0.4 |
85 |
22 |
47 |
72 |
97 |
100 ГДН-3 |
32 |
31.5…1000 |
82 |
0.5 |
90 |
23 |
48 |
73 |
98 |
20 ГДС-1-4(8) |
110 |
200…5000 |
3.5 |
0.4 |
90 |
24 |
49 |
74 |
99 |
20 ГДС-4-8 |
120 |
200…5000 |
3 |
0.4 |
89 |
25 |
50 |
75 |
100 |
30ГДС -1 |
170 |
250…8300 |
4 |
0.4 |
92 |
4.2.1 Открытое акустическое оформление
Открытым акустическим оформлением головки называется оформление, при котором задняя сторона звукоизлучающей поверхности диффузора не изолирована акустически от передней. В качестве открытого оформления применяется либо плоский экран (щит), либо ящик, обычно имеющий форму параллелепипеда, с перфорированной задней стенкой. Открытое акустическое оформление наиболее распространено и используется в телевизорах, переносных радиоприемниках всех классов, кассетных магнитофонах, абонентских громкоговорителях, а также в большей части катушечных магнитофонов, стационарных радиоприемников и электрофонов, за исключением высококачественной звуковоспроизводящей радиоаппаратуры с выносными АС, вся остальная бытовая звуковоспроизводящая аппаратура имеет открытое акустическое оформление. Достоинство открытых АС — простота и, кроме того, в них не имеет места повышение резонансной частоты по сравнению с резонансной частотой применяемой головки, а принципиально возможно и понижение этой частоты, что выгодно отличает открытую АС, например, от закрытой.
Недостаток открытой системы — сравнительно большие размеры этого оформления, когда требуется воспроизведение низших частот звукового диапазона. Самый простой вид открытого оформления — плоский экран. Даже при сравнительно небольших его размерах воспроизведение низких частот значительно улучшается. Вместе с тем в области средних и особенно высоких частот экран уже не оказывает существенного влияния. Конструктивно экран рекомендуется выполнять в виде толстой доски или фанеры толщиной 10-20 мм, в которой вырезано отверстие, по периметру диффузородержателя головки, куда вставляется головка. Экран выполняется квадратной или прямоугольной формы. Соотношения сторон прямоугольного экрана могут колебаться в довольно широких пределах. Предпочтительное отношение сторон прямоугольного экрана в пределах от 2:1 до 3:1. Размещать головку рекомендуется в центре прямоугольного экрана. Смещение от центра уменьшает звуковое давление АС и ухудшает ее частотную характеристику. Для квадратных экранов некоторое смещение места установки головки улучшает частотную характеристику, поскольку при симметричном креплении головки на частотной характеристике появляется глубокий провал в области средних частот. На рис. 4.2.3 показана форма частотной характеристики при смещении головки от центра.
Определим, каким должен быть размер экрана. Желателен экран, который позволил бы на нижней граничной частоте воспроизводимого диапазона получить такой же уровень звукового давления, как и на верхней границе поршневого диапазона f(гр.в) зоны его действия, т. е. выровнять звуковое давление на нижних и средних частотах. Выбор нижней граничной частоты зависит от добротности применяемой головки. Форма частотной характеристики головки при Q<1,93 монотонно возрастает, а при Q>1,93 на частотной характеристике появляются провал на частоте w2 и пик на частоте w1.
Рисунок 4.2.3 -
Частотные характеристики головки при ее центральном расположении
в прямоугольном экране (1) и при смещении вдоль длиннойстороны (2) |
Добротность головки при помещении ее в плоский щит практически не меняется. Неравномерность частотной характеристики при Q <1,93 и при правильном выборе размеров экрана определяется только спадом в область более низких частот. Поэтому за нижнюю граничную частоту при Q <1,93 выбирают резонансную частоту головки w0.
При Q>1,93 за нижнюю граничную частоту обычно выбирают частоту пика w1 частотной характеристики головки (рисунок 4.2.4, кривая 2) и неравномерность частотной характеристики в этом случае определяется провалом на частоте w2. Однако при этом несколько сужается расчетный диапазон воспроизводимых частот по сравнению с его значением при Q<1,93.
Рисунок 4.2.4- Частотные характеристики электродинамической головки с двусторонним излучением
Для устранения этого недостатка существует другой способ выбора нижней граничной частоты воспроизводимого диапазона, позволяющий снизить ее значение. Суть его в том, что нижняя граничная частота выбирается на частоте w‹ w1, на которой уровень частотной характеристики равен уровню ее провала w2 (рисунок 4.2.5) В зависимости от значения Q эта частота может быть несколько ниже или выше w0. Наиболее рациональная добротность головки для открытых АС равна 2,4 .
Рисунок 4.2.5 - Типичная частотная характеристика открытого акустического оформления в области низких частот при Q>1,93. |
Рисунок 4.2.6- Зависимость f(гр.н) от Q |
.При этом нижняя граничная частота открытой АС f гр.н. совпадает с резонансной частотой головки wо.
Площадь экрана, исходя из обеспечения наиболее равномерной характеристики, может быть определена как
(4.2.1)
где j <2 — некоторая функция от Q при 1,93 < Q < 2,5 приближенно равна Q; f(гр.н) - определяется по рис.2.6 При Q < 1,93 выражение (2.1) имеет вид
(4.2.2)
Обычно экраны выполняют меньших размеров, чем рекомендовано в (4.2.1) и (4.2.2). Тогда на нижней граничной частоте следует ожидать спада частотной характеристики на
(4.2.3)
где S — вычисленная по (2.1) и (2.2) площадь экрана;
S' — фактическая площадь экрана.
Открытый корпус. Самый распространенный вид открытого акустического оформления - ящик, у которого задняя стенка имеет ряд сквозных отверстий или же полностью отсутствует. Головка устанавливается обычно на передней панели ящика. Его внутренний объем используется для размещения деталей электрической схемы. Акустическое действие открытого оформления подобно действию экрана. Наибольшее влияние на частотную характеристику оказывает передняя стенка, та, на которой крепится головка. Боковые стенки открытого оформления влияют на характеристику мало. Поэтому не рекомендуется делать открытое оформление глубоким, а надо, по возможности, увеличивать переднюю панель оформления.
На рисунке 4.2.7 приведены частотные характеристики АС с открытыми корпусами с задними стенками, выполненными из различных материалов (с разной их толщиной). Как видно, материал и толщина задней стенки сильно влияют на частотную характеристику открытой системы.
Рисунок 4.2.7- Частотные характеристики головки в открытом оформлении с задней стенкой из: 2,3 — слои поролона толщиной соответственно 5 и 15 мм; 4 — электрокартона толщиной 3 мм; 5 — электрокартона (3 мм) со слоем поролона (20 мм); 1 — ящик без задней стенки
На рисунке 4.2.8 показаны различные частотные характеристики АС с открытым оформлением в зависимости от его глубины. Обычно открытое оформление выполняют такой глубины, чтобы головка помещалась в нем с технологическим запасом (20% от глубины головки). При этом «вклад» боковых стенок в суммарное звуковое давление открытого корпуса 1-3 дБ.
Рисунок 4.2.8-
Частотная характеристика головки в открытом
оформлении с разной глубиной h
Размеры передней панели, желательно иметь как можно больше. Ограничением являются только соображения удобства размещения и пользования. Что касается места установки головки на передней панели, то рекомендации тут такие же, как при плоском экране. Имеется еще один элемент открытого оформления, который может влиять на работу открытой АС. Это задняя стенка оформления, которая служит для защиты элементов схемы радиоустройства. Она должна быть такой, чтобы не ухудшать акустические параметры системы.
Акустические параметры открытой АС зависят также и от размеров и числа перфораций (отверстий) в задней стенке.
Рисунок 4.2.9 -
Частотные характеристики головки в открытом оформлении
с различным числом отверстий (n) диаметром 20 мм в задней стенке
На рисунке 4.2.9 приведены частотные характеристики АС в ящиках с различным числом перфораций в поверхности задних стенок. Для оценки влияния перфораций вводится термин — степень перфорированности задней стенки, А(0)/А — это отношение общей площади равномерно распределенных отверстий A(0) к площади задней стенки A. Степень перфорированности задней стенки должна составлять не менее 0,1 для оформлений с объемом оформления 5 л и 0,15—0,20 для оформлений с объемом менее 5 л.
Рисунок 4.2.10 -
Частотные характеристики головки в ящиках
различной формы (точка обозначает местоположение головки)
Конфигурация оформления оказывает большое влияние на форму частотной характеристики на средних частотах, вызывая появление многочисленных пиков и провалов при неудачной конфигурации. Это хорошо видно из рассмотрения графиков на рисунке 4.2.10, где приведены частотные характеристики для разных конфигураций оформления: сферического (шара), куба, усеченной пирамиды, параллелепипеда. Наиболее благоприятная форма — сфера. Приведенные характеристики следует иметь в виду при выборе конфигурации оформления, хотя из конструктивных соображений редко можно применить благоприятную форму из числа приведенных на рисунке 2.10, за исключением параллелепипеда. Из эстетических соображений размеры оформления в виде параллелепипеда часто выбирают так, чтобы размеры лицевой панели (длина и ширина) и глубины относились как 2/√ 2/1.
4.2.2 Закрытое акустическое оформление
Преимущество закрытой АС в том, что задняя поверхность диффузора головки не излучает т.о. полностью отсутствует «акустическое короткое замыкание». Недостаток закрытых АС в том, что диффузоры их головок нагружены дополнительной упругостью объема воздуха внутри оформления. Наличие дополнительной упругости приводит к повышению резонансной частоты подвижной системы головки в закрытом оформлении wo1 и, как следствие, к сужению снизу воспроизводимого диапазона частот.
Упругость подвижной системы можно выразить через упругость некоторого эквивалентного объема воздуха Vэ, имеющего упругость s0. Отсюда резонансная частота головки в закрытом оформлении
wo1 =wo√1+ Vэ/ V
Чтобы резонансная частота все же не была чрезмерно высокой, иногда применяют головки с более тяжелой подвижной системой. Однако следует иметь в виду, что увеличение массы подвижной системы снижает чувствительность АС.
Стандартное звуковое давление рст определяется как
рст = 2,65х10 -3√ f013 V/ Q01
где Q01 — добротность головки в закрытом оформлении.
Неравномерность частотной характеристики закрытых АС в области низких частот так же, как и открытых, определяется их добротностью (рисунок 4.2.11- справа). При Q01< 0,707 частотная характеристика АС равномерно понижается с понижением частоты в область низких частот и неравномерность проявляется как спад на резонансной частоте wo1 по сравнению с высшими частотами. При 0,707< Q01 < 1,0 частотная характеристика имеет небольшой пик на частоте w1 и далее спад на резонансной частоте wo1. Неравномерность частотной характеристики при этом определяется подъемом на пике w1 и спадом на резонансной частоте wo1 . При Q01 > 1 неравномерность частотной характеристики определяется только пиком на частоте w1 относительно горизонтальной части характеристики.
Рисунок 4.2.11 - слева- Частотная характеристика закрытой системы, справа- Зависимость неравномерности частотной характеристики закрытой АС от Q01.
Неравномерность частотной характеристики в зависимости от добротности закрытой АС приведена на рисунке4.2.11, слева. Как следует из рисунка, минимальная неравномерность частотной характеристики закрытых АС имеет место при добротности Q01 и составляет 1,3 дБ.
Желательная добротность самой головки находится из условия
Q = Q01 / √1+ Vэ/V.
Добротность головок, предназначенных для закрытых АС, не должна превышать 0,8— 1. В противном случае, головка получается «раздемпфированной». Это означает, что при ее возбуждении, т. е. при подаче на нее напряжения музыкальной или речевой программы, головка помимо колебаний в такт с поданным напряжением будет колебаться и с частотой собственных колебаний, близкой к резонансной частоте. Для слушателей это будет проявляться в том, что к звучанию программы будет примешиваться звучание этой частоты как своего рода «гудение», «нечистота» низких тонов. Отметим также, что если головка помещена в закрытом ящике, ухудшается равномерность частотной характеристики в области средних и высоких частот из-за резонансных явлений в оформлении. Для их устранения внутренние поверхности (особенно заднюю стенку) покрывают звукопоглощающим материалом и заполняют им часть объема. Кроме того, заполнением внутреннего объема рыхлым звукопоглощающим материалом преследуют и другую цель — изменить термодинамический процесс сжатия — расширения воздуха в оформлении.
4.2.3 Пример расчета головки динамической 25ГДН3-2 с параметрами:
-добротность подвижной системы Q0 0,4;
- резонансная частота подвижной системы, Гц 30;
- эквивалентный объем головки Vэ,л 100;
- диапазон воспроизводимых частот, Гц 20-1000;
- чувствительность, дБ/Вт 90.
Подберем для данной акустической головки объем ящика V, при котором спад характеристики не превышает 6дБ на граничной частоте fгр=40Гц.
По рисунку 2.1 из точки wГР/w0=40/30=1,33 на горизонтальной оси восстанавливаем ординату до пересечения с кривой «6 дБ» и из этой точки проводим прямую параллельную оси абсцисс, до пересечения с осью V/Vэ. Получаем V/Vэ=0,95.
Отсюда V=0,95×Vэ, V=0,95×100=95 л
Этому значению V/Vэ соответствует по правой оси значение Ö1+V/Vэ=1,4.
Найдем параметр А:А=2,65×10-3×Öf03×Vэ/Qo,
где f0-резонансная частота подвижной системы головки, Гц;
V-эквивалентный объем акустической головки, л;
Qo- добротность подвижной системы
А = 2,65×10-3 ×Ö 303 ×100/0,4 = 0,218
Найдем стандартное звуковое давление создаваемое акустической системой: Pст=А×Ö1+V/Vэ= 0,218×Ö1+95/100=0,3 Па.
4.3 Выбор оптимального (из четырех) способа кодирования звука.
Представить индивидуальную кодовую комбинацию, состоящую из фамилии, имени и отчества, где согласные - «1»; гласные - «0» четырьмя цифровыми способами кодирования: БВНМ, ЧМ, ФМ, МФМ и сделать сравнительную характеристику этих способов.
Способ записи без возвращения к нулю.
Существует два варианта способа записи без возвращения к нулю. Сигналы записи и воспроизведения, соответствующие этому способу, приведены на pисунке 4.3.1 .
Каждой «единице» информации, поступающей на запись, соответствует перепад тока в магнитной головке (рисунок 4.3.2). Верхний уровень тока Iв намагничивает носитель до насыщения в одном направлении (например, + Mr), нижний уровень Iн - в противоположном направлении (- Mr).Типичная схема устройства записи-воспроизведения по способу записи БВНМ приведена на рисунке 4.3.1 .
Импульсы «единиц» информации поступают на счетный вход триггера I. Потенциальные выходы триггера подключены к усилителям записи 2 и 3, с выходов которых парафазные сигналы подаются на две полуобмотки магнитной головки 4. Сигнал «Разрешение записи» открывает усилители только на время записи определенного массива, после чего оба усилителя закрываются. При воспроизведении каждому перепаду тока соответствует импульс с магнитной головки. Импульс, образующийся при воспроизведении одиночного перепада намагниченности, может быть аппроксимирован различными функциями. Сигнал воспроизведения БВНМ является прерывистым. Для выделения информации в этом случае применим только метод амплитудного детектирования.
После усиления линейным усилителем 5 сигнал воспроизведения поступает на симметричный ограничитель 6. Порог срабатывания ограничителя показан на рисунке 4.3.2 . Импульсы с выхода ограничителя 6 поступают на элемент ИЛИ 7.
Рисунок 4.3.1- Канал записи-воспроизведения по способу БВНМ
Рисунок 4.3.2 - Способ записи БВНМ
Фазовая и частотная модуляции
Сигналы записи и воспроизведения, соответствующие способам ФМ и ЧМ, приведены соответственно на рисунках 4.3.3 и 4.3.4 .
При записи фазовой модуляцией «нулям» информации в центре цифровой позиции соответствует перепад тока в направлении от уровня Iв до уровня Iн (рисунок 4.3.3 ), а «единицам» информации - перепад тока противоположного направления (изменение фазы на 180°). Для того, чтобы обеспечить такое кодирование на границах цифровой позиции вводится служебный перепад. Этот перепад не формируется при переходе от «единицы» к «нулю» и наоборот.
Рисунок 4.3.3 - Сигналы в канале МЗВ по способу ФМ
При записи частотной модуляцией ток записи всегда переключается на границе цифровой позиции (рисунок 4.3.4 ). Кроме того, «единицам» информации соответствует перепад тока в центре цифровой позиции, т.е. при записи «единиц» частота переключения тока увеличивается вдвое. Направление перепада тока в этом способе не имеет значения.
Частотная и фазовая модуляции обеспечивают формирование двухчастотного сигнала записи. Период переключения тока может принимать только два значения: Т и 0,5Т, где Т - период синхросерии.
Спектр сигнала записи содержит постоянную составляющую и имеет максимум на частоте f = 1/ T, в окрестности которой сосредоточена основная мощность сигнала. Аналоговые сигналы воспроизведения показаны на рисунках 4.3.3 и 4.3.4, для ФМ к ЧМ соответственно.
Рисунок 4.3.4 -Сигналы в канале МЗВ по способу ЧМ
В отличие от сигналов ВН и БВНМ здесь в пределах массива образуются непрерывные сигналы воспроизведения. Непрерывный сигнал имеет два существенных достоинства.
Во-первых, он позволяет работать при больших амплитудных колебаниях, во-вторых, такой сигнал обладает самосинхронизацией.
Формирование сигнала целесообразно выполнять по пикам сигнала, снимаемого с магнитной головки. Детектирование по пикам производится путем дифференцирования сигнала с последующим симметричным ограничением в компараторе с нулевым порогом переключения. Дифференцирование обеспечивает получение перехода через нуль в соответствии с пиком импульса. При ограничении в компараторе используется только та часть сигнала, которая расположена в непосредственной близости к нулевой оси (на расстоянии единиц милливольт).
Следовательно, всю информацию, содержащуюся в сигнале, переносят точки пересечения этого сигнала с осью симметрии.
При записи информации по способам ФМ и ЧМ один двоичный знак переносится целым периодом сигнала. Следовательно, информационная емкость сигнала воспроизведения здесь вдвое меньше по сравнению с БВНМ.
Модифицированная
фазовая модуляция
Популярность этого способа объясняется тем, чтo он, с одной стороны, имеет информационную емкость способа БВНМ (половина периода на один двоичный знак), а с другой - обладает самосинхронизацией.
Временные диаграммы записи и воспроизведения по способу МФМ приведены на рисунке 4.3.5 .
Сигнал записи формируется по следующему правилу. «Единице» информации всегда соответствует перепад тока записи в начале цифровой позиции, занимаемой этой «единицей». «Нулю» информации соответствует перепад тока в центре цифровой позиции, занимаемой этим «нулем». «Нуль» не вызывает переключения тока в том случае, если следующий знак записываемой информации - «единица».
Таким образом, если на запись непрерывно поступают «единицы» или «нули», то перепады тока следуют на расстоянии 1Т. Переходу от «единиц» к «нулям» и наоборот всегда соответствует интервал между перепадами в 1,5Т.
Рисунок 4.3.5-Сигналы в канале МЗВ по способу MФМ
И, наконец, при кодовой последовательности 101 возникает интервал в 2Т. Этим трем случаям соответствуют мгновенные спектры с максимумами на частотах fо/2; fо/3 и fо/4, где fо/2- частота, соответствующая непрерывной последовательности одинаковых двоичных знаков. По этой причине способ МФМ называют трехчастотным.
Сигнал воспроизведения изображен на рисунке 4.3.5 . Этот сигнал, аналогично сигналам ФМ и ЧМ, является непрерывным и обладает самосинхронизацией. К нему полностью применим метод пикового детектирования. Сказанное справедливо, если запись ведется с перекрытием. При отсутствии перекрытия сигнал МФМ аналогичен сигналу БВНМ.
Обработка МФМ сигнала в устройстве воспроизведения состоит из типовой последовательности операций: дифференцирование, симметричное ограничение, формирование импульсов по фронтам ограниченного сигнала. Максимально допустимое смещение импульсов информации относительно сигнала синхронизации, вследствие фазовых искажений и других причин (окно детектирования), теоретически равно + 0,25Т .
Способ записи МФМ обладает основными достоинствами способов ФМ и ЧМ: непрерывностью сигналов воспроизведения и самосинхронизацией. Допуск на фазовые искажения сигналов у этих трех способов одинаков. В то же время частота сигнала записи МФМ снижена вдвое по сравнению с ФМ и ЧМ. Соответственно, ширина спектра сигнала воспроизведения при одинаковой тактовой частоте информации также уменьшена вдвое. Период сигнала воспроизведения переносит два бита информации. Следовательно, при одинаковой полосе пропускания канала способ МФМ позволяет получить вдвое большую плотность записи по сравнению с ФМ и ЧМ.
По сравнению с БВНМ способ МФМ
имеет один недостаток: вдвое меньшее окно детектирования, что приводит к
определенным трудностям при выделении информации из сигналов воспроизведения и
не позволяет реализовать плотность записи, достижимую при использовании
способа БВНМ.