В рубрику "Оборудование для передачи сигнала" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Михаил Сергеев
Старший научный сотрудник
Санкт-Петербургского университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Что такое современная радиостанция? Здесь можно увидеть аппаратуру записи и обработки сигналов, радиочастотное оборудование, антенны, коммутационные устройства, мебель, репортерское оборудование — всего и не перечесть. Автор надеется, что обзор основного оборудования, используемого в радиовещании, поможет специалистам при его выборе и эксплуатации
Антенно-фидерные устройства
Основными электрическими параметрами антенны являются:
Не менее важны и механические свойства:
В радиовещании чаще используется вертикальная поляризация, реже — горизонтальная и круговая (эллиптическая).
Производятся антенны с полосой частот от 1 до 20 МГц, то есть от одного канала до всего диапазона 65,9-74 МГц и даже 88,5-108 МГц.
Номинальное сопротивление антенны составляет обычно 50 Ом, реже -75 Ом. В СССР отдавали предпочтение высокочастотным трактам с сопротивлением 75 Ом, но современное импортное оборудование рассчитано преимущественно на 50 Ом: и это передатчики, и антенны, и разъемы, и измерительные приборы.
Коэффициент стоячей волны (КСВ) в рабочей полосе частот не превышает 1,2.
Простейшей антенной является полуволновой диполь (рис. 1), его ДН в горизонтальной плоскости представляет собой окружность; в вертикальной — "восьмерку". Диполь имеет усиление G=2,15 дБ относительно так называемого изотропного излучателя, то есть в направлении максимального излучения создает поле на 2,15 дБ большей напряженности. У многоэлементных антенн G превышает 10 дБ или 10 раз по мощности.
Простейший диполь в радиовещании применяют редко, чаще используют многоэлементные антенны, необходимую ДН формируют путем соответствующего фазирования излучений вибраторов, подбирая длины кабелей.
Предметы, окружающие излучатель (металлоконструкции мачты, элементы крепления, оттяжки), влияют на ДН, как это видно на рис. 2.
Тщательное изготовление элементов антенны, использование прочных покрытий и правильный монтаж гарантирует продолжительную работу антенн — 10 лет и более. Нарушение технологии производства или использование неподходящих материалов сокращает срок службы многократно: практика показывает, что буквально через пару месяцев эксплуатации начинается разрушение.
Ремонт антенны связан с длительным перерывом вещания, и стоимость мероприятия оказывается весьма высокой, поэтому не следует экономить на монтаже и выбирать самую дешевую антенну, сделанную любителями из подручных материалов.
Мосты сложения
Мост сложения (МС) позволяет подать сигналы от нескольких передатчиков на одну широкополосную антенну. По устройству МС представляет собой набор полосовых фильтров, настроенных на частоты складываемых сигналов.
Важнейший параметр МС — допустимая мощность; номинальное сопротивление обычно 50 Ом.
Качество изготовления и настройки МС характеризуют: потери, искажения АЧХ в канале, подавление сигналов соседних каналов и согласование.
Величина потерь в МС практически не влияет на зону обслуживания (речь идет о величинах порядка 0,1 дБ, или единицах процентов), но характеризует выделение тепла. Перегрев может стать причиной неприятных последствий: тепловое расширение элементов фильтра приводит к изменению настройки, что, в свою очередь, вызывает увеличение потерь и, как следствие, перегрев.
Ширина спектра радиосигнала стереофонического вещания превышает 200 кГц, его ограничение приведет к искажениям звучания. Этим определяются требования к полосе пропускания МС.
Нарушение согласования (КСВ превышает 1,2) приведет к ухудшению условий работы передатчика: может потребоваться снижение его выходной мощности.
Типовые МС позволяют объединять сигналы, частоты которых различаются более чем на 1 МГц; при меньшей разнице частот применяют специальные схемотехнические и конструкторские решения; при разнице частот менее 0,7 МГц МС не используют.
Радиовещательные передатчики
Стереофонический радиовещательный передатчик обеспечивает преобразование сигналов каналов А и В в комплексный стереофонический сигнал (КСС), модуляцию этим сигналом несущей и усиление полученного радиосигнала до требуемой мощности: от 30 Вт до 30 кВт.
Традиционно возбудитель и усилитель выполняются в виде отдельных блоков, но выпускаются и моноблоки, выходная мощность которых достигает 1-2 кВт.
Усилитель
В аппаратах мощностью более 5 кВт применяют лампы — металлокерамические триоды или тетроды. До 5 кВт включительно используют полевые транзисторы; необходимую мощность получают сложением сигналов от нескольких модулей.
Весьма надежна конструкция, в которой каждый модуль имеет собственный блок питания, а система сложения обеспечивает обход неисправных усилителей (рис. 3). При выходе из строя одного из четырех модулей выходная мощность снижается на четверть. При отказе от системы обхода мощность уменьшится примерно в 2 раза.
Удешевить передатчик позволяет использование общего для всех усилителей блока питания, но его авария приведет к остановке вещания.
Возбудитель
Для создания комплексов с резервированием удобно, если возбудитель может быть оперативно настроен на любую частоту в пределах рабочего диапазона или на одну из заранее заданных. В некоторых моделях переключатели частоты находятся внутри корпуса — это исключает случайное ее изменение, но несколько ограничивает эксплуатационные возможности.
Как правило, частотный модулятор реализуется на основе варикапа — полупроводникового прибора, емкость которого зависит от приложенного напряжения. Высокостабильный опорный генератор и система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) обеспечивают необходимую точность (допустимо отклонение не более 50 Гц).
Жесткие требования к комплектующим, необходимость защиты от электромагнитных полей и вибраций обуславливают высокую стоимость модулятора и возбудителя в целом.
Переход на цифровые методы синтеза ЧМ-сигналов существенно снижает требования к элементам и конструкции, что позволяет надеяться на ощутимое изменение цены.
Современный передатчик при правильной эксплуатации способен проработать без отключений годы, но необходимо следить за качеством питающего напряжения и согласованием с антенной, своевременно заменять компоненты, выработавшие ресурс, в частности вентиляторы.
Кодер RDS
В радиовещании предусмотрена возможность передачи разнообразной дополнительной информации: название станции; текстовые сообщения в режиме бегущей строки; тип программы; время; уникальный идентификационный номер и список альтернативных частот, позволяющий организовать сеть с автоматическим переходом приемника на сигнал от ближайшего передатчика; тревожные сообщения.
Часть информации канала RDS недоступна владельцам обычных приемников, для ее получения необходимо специальное оборудование; таким образом реализованы, в частности, пейджинговые сети и другие системы.
Информация в системе RDS передается на поднесущей 57 кГц, то есть на третьей гармонике пилот-тона (19х3=57 кГц). Девиация сигналом RDS должна составлять 2 кГц, то есть всего 3% от 75 кГц, и введение RDS практически не оказывает влияние ни на качество звучания, ни на зону уверенного приема.
Нормативная база (ОСТ 45-125 "Передатчики радиовещательные ОВЧ-ди-апазона, работающие в режиме частотного уплотнения") позволяет создавать и другие дополнительные каналы: ARI (Autofahrer Rundfunk Information), SCA (Subсarier Communication Allocation), УВК-2 (уплотнение вещательного канала) и "Радиотекст".
Вещательные FM-процессоры
Величина девиации частоты несущей ограничена требованиями электромагнитной совместимости: не более 75 кГц в диапазоне 87,5-108 МГц и 50 кГц в диапазоне 65,9-74 МГц. На указанные значения рассчитаны и тракты приемников, их превышение сопровождается ощутимым ростом нелинейных искажений.
Исключить превышение допустимого значения, обеспечив при этом максимальное среднее значение девиации, позволяет прибор, который принято называть вещательным, или FM-процессором (ВП).
Упрощенная структурная схема ВП приведена на рис. 4. Левелер стабилизирует среднее значение уровня сигнала, многополосный компрессор "подтягивает" сигнал к максимально допустимому значению, лимитер исключает его превышение. В процессе обработки вводятся предыскажения — подъем высокочастотных составляющих сигнала.
Подготовленный таким образом сигнал поступает на вход стереокодера, полученный комплексный стереосигнал (КСС) еще раз ограничивается.
В процессоре может производиться расширение стереопанорамы и другие обработки, направленные на улучшение звучания.
Сегодня на рынке практически отсутствуют аналоговые процессоры, им на смену пришли аппараты с цифровой обработкой сигналов. Значительные затраты на создание сложных алгоритмов обработки и необходимость больших вычислительных ресурсов — вот основные причины высоких цен ВП.
Традиционно на рынке представлены базовые варианты комплектации ВП, остальное покупатель заказывает по своему усмотрению: от возможности выбора частот дискретизации и типов интерфейсов до стереокодера.
Сертифицируются, за редчайшим исключением, радиовещательные передатчики со встроенным стереокодером. Поступая согласно букве закона, следовало бы подавать на вход передатчика сигналы левого и правого каналов с выхода ВП. Гораздо лучшие результаты получаются, если на вход передатчика подавать КСС от встроенного в ВП кодера. В результате буква закона оказывается несоблюденной, но параметры сигнала, модулирующего несущую частоту, гораздо лучше отвечают требованиям ЭМС без ущерба для качества звучания.
Микшерные пульты
Пульт в студии обеспечивает коммутацию, управление и контроль сигналов, поступающих от разных источников.
В настоящее время в вещании применяются как аналоговые пульты, так и цифровые, представляющие по сути своей компьютер, органы управления которым выполнены в виде традиционного пульта.
Входные каскады линеек пульта позволяют подключать источники с разным уровнем сигнала: от динамического микрофона (-50.70 дБн) до CD-плейера, звуковой карты или другого пульта (0...+20 дБн), то есть с выходным напряжением от десятых долей милливольта до 10 В и более. Предусматриваются и цифровые входы, чаще AES/EBU, встречаются и другие: SPDIF, Toslink, 1394, USB и т.д.
В современном радиовещании использование систем автоматизации отодвинуло пульт из центра студии. Можно предположить, что в недалеком будущем перед ведущим в студии останется две кнопки: "включение микрофона" и "next" (то есть переход к следующей фонограмме).
При выборе пульта для студии необходимо учитывать тенденции развития техники и технологии, в противном случае из инструмента, помогающего "делать радио", пульт превратится в обузу, мешающую движению вперед.
Автоматизированные системы вещания
Основные функции автоматизированной системы вещания АСВ приводятся на рис. 5. По заданным критериям (частота повторения, предпочтительное время выхода, контекст) генерируется плей-лист. В полотно программы вводится реклама, элементы оформления эфира, сигналы опознавания, промо, войс-треки — все заранее подготовленные элементы. В процессе вещания возможны "живые" включения, когда управление берет на себя ведущий.
АСВ позволяет существенно уменьшить объем рутинных задач, таких как контроль ротации и размещения рекламы, освобождая время и силы для творческой работы. Но надо понимать, что пока компьютер не способен заменить интеллект человека: искусство формализовать невозможно.
АСВ включает в себя несколько компонентов:
Эти компоненты могут быть реализованы на отдельных компьютерах, возможно объединение нескольких функций на одной машине — конкретное решение определяется исходя из объемов работы.
Телефонные гибриды
Говоря по обычному телефону, мы слышим не только абонента, но и собственный голос. Для трансляции в эфир эти сигналы нужно разделять, для чего и служит телефонный гибрид (ТГ). Указанная задача решается путем довольно сложной, как правило, цифровой обработки сигналов (возможности аналоговых технологий гораздо меньше).
Посредством ТГ осуществляется важная функция — гальваническая развязка между оборудованием студии и телефонной сетью; ее отсутствие приведет в лучшем случае к появлению помех, в худшем — к выходу из строя студийной техники или оборудования телефонной станции.
В дорогих моделях ТГ разделение прямого и обратного сигналов достигает 40 дБ и более, имеется автоматическая регулировка уровня сигнала; бюджетные модели обеспечивают развязку около 20 дБ — это минимально допустимое значение. Диапазон частот телефонного канала ограничен значениями 300-3400 Гц, и расширить его практически невозможно, как и избавиться от шумов и помех линии.
Конструктивно ТГ может быть выполнен в виде отдельного блока или в виде линейки пульта.
Микрофоны
Назначение микрофона — преобразовать звуковой сигнал (изменения давления воздуха) в электрический.
Движение катушки провода в зазоре магнитной цепи приводит к возникновению ЭДС — на этом принципе построены динамические микрофоны. В конденсаторных (и электретных) микрофонах смещается одна обкладка конденсатора; изменение емкости преобразовывается в электрический сигнал.
Микрофон с круговой диаграммой направленности (ДН) (рис. 6) одинаково воспринимает звуки, приходящие с любого направления. Направленный микрофон способен выделить нужные сигналы на фоне окружающего шума.
Ассортимент микрофонов весьма широк, можно выбрать подходящий для решения конкретной задачи. Микрофоны, позиционируемые на рынке как универсальные на поверку оказываются просто посредственными.
Выпускаются микрофоны, специально предназначенные для речи: эти модели рассчитаны на близкое расположение ко рту говорящего и имеют спад АЧХ на низких частотах, что позволяет уменьшить "бубнение".
Отдельную группу оборудования составляют радиомикрофоны (РМ). Микрофонные капсюли в РМ обычные, к ним добавляется передатчик и приемник. Компандерные системы шумоподавления позволяют получить отношение сигнал/шум 100 дБ; искажения сигнала незначительны. Существуют специальные решения для организации многоканальных систем.
Некоторые из моделей РМ не требуют регистрации: работающие на радиочастотах 165,70; 166,10; 166,50 и 167,15 МГц и мощностью до 20 мВт; от 470 до 638 МГц и от 710 до 726 МГц -до 5 мВт.
Акустические системы
Акустические системы (АС) предназначены для преобразования электрического сигнала в акустический. В подавляющем большинстве АС используется электродинамический преобразователь. Как правило, сигнал делится на полосы, которые воспроизводятся специализированными головками: НЧ, СЧ и ВЧ в трехполосных АС или НЧ и СЧ/ВЧ в двухполосных.
В качестве акустического оформления НЧ головки используется закрытый ящик или фазоинвертор (рис. 7), другие типы встречаются исключительно редко.
Наряду с обычными производятся так называемые активные АС, которые имеют встроенный усилитель.
Важнейшие параметры АС:
В студийную практику вошли так называемые "мониторы ближнего поля" или "ближней зоны", предназначенные для прослушивания на небольшом расстоянии — около 1 м. В ближней зоне преобладает прямой звук, и акустические свойства помещения меньше сказываются на звучании, в этом и заключается одно из важнейших преимуществ мониторов ближней зоны. При увеличении расстояния проявляются недостатки: спад АЧХ на низких частотах, невысокий уровень звукового давления.
Наушники
Большинство профессиональных моделей наушников, а точнее, головных телефонов (ГТ) основано на электродинамическом принципе.
По типу акустического оформления ГТ можно разделить на модели "открытые" и "закрытые". В ГТ "закрытого" типа амбушюр должен быть плотно прижат к голове, при наличии зазора возникает спад АЧХ на низких частотах, пропадают басы. Модели "открытого" типа не требуют герметизации.
Особое место по эксплуатационным особенностям занимают изолирующие ГТ, конструкция которых защищает оператора от внешнего шума и подавляет излучение во внешнее пространство. Такие ГТ полезно иметь в студии записи. В эфирной студии на первый план выходит комфортность, хотя и звукоизоляция тоже играет роль: звук из ГТ попадает в микрофон и возможно самовозбуждение за счет акустической обратной связи.
Необходимо учитывать, что при прослушивании через ГТ искажены структура стереопанорамы и тембральный баланс, поэтому для контроля качества фонограмм ГТ не вполне пригодны.
Голосовые процессоры
Микрофонный (голосовой) процессор (МП), как и следует из названия, предназначен для обработки речевого сигнала. Коррекции подвергаются динамические и спектральные характеристики сигнала.
Компрессор в МП позволяет стабилизировать среднее значение уровня сигнала; лимитер исключает превышение максимально допустимого; гейт предназначен для запирания тракта в паузах.
Для улучшения ясности звучания и разборчивости речи в МП служит де-эссер: он подавляет избыток высокочастотных составляющих, возникающий при произнесении шипящих звуков.
Регулятор тембра в МП призван помочь подчеркнуть особенности голоса или, наоборот, нивелировать их.
Аналоговые МП постепенно вытесняются цифровыми, возможности которых ощутимо шире, например, можно установить и сохранить в памяти прибора параметры обработки сигналов индивидуально для каждого ведущего. В то же время следует отдавать себе отчет в том, что невозможно улучшить сигнал, можно лишь устранить последствия некоторых ошибок диктора.
Устройства обработки звуковых
сигналов
В процессе записи обработка сигналов применяется повсеместно.
Для достижения тех или иных художественных целей изменяют спектральный состав сигнала. В эту группу входят статические и динамические регуляторы тембра; устройства, обогащающие сигнал гармониками (эксайтер) или субгармониками.
Большая группа приборов предназначена для изменения временной структуры сигнала, в частности ревербераторы. Пространственные эффекты обеспечиваются добавлением в сигнал имитации реверберационного процесса.
Возможность изменения тональности позволяет исправить, например, ошибки вокалиста; есть и другие применения: имитация голоса Буратино или Карабаса-Барабаса.
Особенности аналоговых и цифровых технологий обработки сигналов служат причиной различия звучаний, которые учитывают звукорежиссеры больших студий. Для радиовещания разница между аналогом и цифрой не столь существенна, на первый план выходит удобство использования и цена, и по этим показателям цифра выигрывает.
При ограниченном бюджете предпочтение отдают программным продуктам; лучшие результаты по звуку обеспечивают "железные" устройства. Звуковые преимущества специализированных приборов понятны. Производители программ не спешат повышать их качество: и в таком виде обеспечен сбыт.
Едва ли следует приобретать для студии записи радиостанции весь ассортимент устройств обработки звуковых сигналов, большую часть текущих задач позволяют решать специализированные программы.
Оборудование для доставки сигналов
Довольно часто студия удалена от передатчика, поэтому необходимо решить задачу доставки сигнала.
В больших городах с развитой инфраструктурой телекоммуникаций можно арендовать цифровой канал или организовать собственный; использование радиорелейных линий для доставки сигналов требует разрешения компетентных органов, с учетом стоимости самого оборудования затраты оказываются довольно высокими. В некоторых случаях удается организовать доставку в аналоговом виде по кабелям телефонной сети. Решение принимается с учетом всех местных обстоятельств.
Следует учитывать, что цифровые системы с компрессией данных имеют ощутимую задержку: до 200-300 мс. При активной работе в живом эфире такая задержка может мешать.
Необходимая для передачи стереозвука скорость составляет 256 или 512 кбит/с. Ее снижение достигается за счет компрессии аудиоданных, в некоторых случаях могут возникать заметные искажения, но работа без компрессии требует использования канала почти 1,5 М бит/с, что не всегда оправдано с экономической точки зрения.
Современное оборудование доставки весьма надежно, но вероятность выхода его из строя не равна нулю; канал доставки необходимо резервировать (рис. 8).
Контрольно-измерительное оборудование
В процессе эксплуатации регулярно приходится производить измерения: проверяется и высокочастотный тракт, и низкочастотное звуковое оборудование.
Измерительное оборудование выпускается небольшими тиражами, поэтому стоимость даже базовой комплектации может составлять миллионы рублей, к его выбору надо относиться очень ответственно.
В ряде случаев дает положительный эффект применение специализированных приборов, предназначенных именно для контроля параметров качества радиопередающего оборудования. Необходимые измерения выполняются автоматически, и спустя несколько минут на экране монитора инженер видит протокол. Еще одно нажатие клавиши — и готова его бумажная версия. Быстро и надежно фиксируется отклонение параметров или выход за границы допуска.
В процессе эксплуатации может возникнуть необходимость детального анализа каких-то параметров сигналов или устройств, в этом случае приходится использовать измерительные приборы общего назначения: измеритель мощности, эквивалент нагрузки, анализатор спектра до 1 ГГц, измеритель модуляции, измерительный стереодекодер, милливольтметр, осциллограф.
Желательно контролировать параметры излучаемого сигнала, прежде всего значение частоты несущей, внеполосные излучения и гармоники и девиацию. Нарушение норм ЭМС может повлечь за собой помехи другим вещателям или блокировать каналы специальной связи — со всеми вытекающими неприятными последствиями. Выпускается специализированное оборудование для автоматизированного контроля эфира — это идеальное решение для крупных вещательных организаций.
Заключение
В рамках одной статьи невозможно рассмотреть все оборудование радиостанции. Главное — не следует забывать, что в технике нет мелочей: разъем, цена которому 10 рублей, может парализовать работу всей радиостанции - и об этом нужно помнить всегда.
Опубликовано: -2005
Посещений: 13771
Статьи по теме
Автор
| |||
В рубрику "Оборудование для передачи сигнала" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
