close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1goron i e red stereofoniya informatsionnyy sbornik

код для вставкиСкачать
^ /х л и и с а
Д
ерео ф о н и я
Информационный сборник
Под редакцией И. Е. Горона
И ЗД А Т Е Л Ь С Т В О «С ВЯ ЗЬ»
М ОСКВА 1964
УДК 534.76:621.396.97(047.3)
СОДЕРЖ АНИЕ
П р е д и с л о в и е ............................................................................................................
3
Д . И . Г аклин, Стереофоническая звукопередача
4
Л . М. Кононович. Стереофоническое радиовещ ание
.......................................45
Г. Б. А скинази, 3 . Н. М инлибаев. Экспериментальное исследование каче­
ства звучания псевдостереофонически^х систем радиовещ ания
ч .
.
74
Я. Е. Горон, В. П . Гученко, О, А. Постникова. И сследование качественных
показателей двухканальны х стереофонических систем
.
.
. ,
.
86
СТЕР Е О Ф О Н И Я
Редакторы Л . Я. В енгреню к, М. Н. Ф уфаева
Техн. редактор В. А. Чуракова
Корректор М, Д . Ч вялева
Сдано в набор 14/V 1964 г.
П одписано в печ. 7/IX 1964 г.
Форм. бум. 6 0 x 9 0 /is
6,25 печ. л.
6,25 усл.-п. л.
6,755 уч.-изд. л.
Т-13058
Т ираж 8000 экз.
Зак. изд. 11078
Ц ена 39 коп.
И здательство «Связь», М осква-цектр, Чистопрудный бульвар, 2
Типография издательства «Связь» Государственного комитета Совета М инистроа
СССР по печати. М осква-центр, ул, Кирова, 40. Зак. тип. 283
ПРЕДИСЛОВИЕ
Стереофонический эфф ект приближ ает воспроизведение звуков к естествен­
ному. В настоящ ее время широко развивается техника стереофонической записи
и воспроизведения.
Проведённые в тридцатых годах первые исследования трёхканальной сте­
реофонической системы *) позволили реализовать ряд звуковоспроизводящ их
установок с качеством звучания, весьма близким к качеству звучания в зале, в
котором производилось исполнение. О днако использование трёхканальной сте­
реофонической системы для передачи радиовещ ательны х программ встретило
ряд технических затруднений, вследствие чего внимание исследователей было
обращ ено на относительно легко реализуемую двухканальную систему, которая,
как это было установлено, позволяет получить достаточно хорошее качество
звучания, даёт возмож ность локализовать источники звука и придаёт звучанию
полноту и обьёмность.
Способы двухканального стереофонического звуковоспроизведения широко
применяются как в магнитной записи, так и в записи на граммофонную п л а­
стинку.
Д анны й сборник имеет своей целью осветить некоторые важные вопросы
стереофонического вещ ания и звуковоспроизведения.
В сборнике изложены принципы стереофонической звукопередачи и особен­
ности двухканальной передачи, применяемой в радиовещании. Описываются
различные методы стереофонической звукозаписи на магнитную ленту, рассм ат­
ривается специфика звукорежиссёрской работы, обсуж дается вопрос о совме­
стимости стереомагнитофильмов, т. е. вопрос о возможности их использования
для обычного монофонического вещания (автор Д. И. Гаклин).
Д аётся обзор различных систем передачи стереофонического вещ ания в укв
диапазоне и более подробно описывается система стереофонического вещ ания,
разработанн ая НИИ им. А. С. Попова; даётся оценка искажений при передаче
и приёме программ по системе полярной модуляции, принятой к регулярному
вещанию в некоторых городах Советского Союза. П риводятся основные техни'ческие данные аппаратуры , разработанной советскими специалистами (автор
Л . М. Кононович).
В статье Г. Б. Аскинази и 3. Н. М инлибаева «Псевдостереофоническое зв у ­
ковоспроизведение» описывается метод получения стереоэффекта при помощи
пилот-сигнала и проводятся результаты исследования аппаратуры , работаю щ ей
по такому принципу.
В статье И. Е. Горона, В. П. Гученко и О. А. П остниковой приводятся
результаты исследования заметности искажений р двухканальны х стереофониче­
ских системах методом субъективно-статистической экспертизы, являю щ имся
основным для нормирования качественных показателей таких систем.
Все замечания по сборнику следует направлять по адресу: М осква-центр,
Чистопрудный бульвар, 2 , издательство «Связь»,
Техническое упра влен и е
Министерства связи СССР
‘) г. Флетчер и Л. Стоковский в США, И. ГорОн в СССР.
д. и. ГАКЛИН
СТЕРЕОФОНИЧЕСКАЯ ЗВУКОПЕРЕДАЧА
ОСОБЕННОСТИ СТЕРЕОФОНИЧЕСКОЙ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ
Звуковой образ при естественном слушании
Звуки инструментов симфонического оркестра, расположенного на концерт­
ной эстраде по её ширине и в глубину, доходят до слуш ателя из разных мест
пространства. Отдельные источники звуков или их группы отличаются различ­
ной «протяжённостью» по ширине фронта звучания и в глубину. Например,
группа деревянных духовых инструментов в большинстве современных оркест­
ров заним ает центр, а скрипки — от центра, до левого края эстрады со ср ав ­
нительно небольшой глубиной их расположения. В естественных условиях зву­
ки могут достигать ушей слуш ателя и с различных уровней в вертикальных пло­
скостях не только спереди, но и сзади. Следовательно, человек долж ен обла­
дать способностями определять направления приходящих к нему звуков в гори­
зонтальной и вертикальных плоскостях, а такж е способностью оценивать р ас­
стояние до источника звука. Рассмотрим, благодаря каким свойствам человече­
ского слуха и в какой мере слуш атель в состоянии оценивать полярные коор­
динаты источников звука.
Некоторые свойства человеческого слуха
Д о сих пор нет строгой научной теории, которая объясняла бы деятель­
ность человеческого слуха и мозга, связанную с локализацией (точностью оп­
ределения положения источника) звука. Все ж е многочисленные эксперименты
показываю т, что благодаря бинауральному эфф екту или, иначе, слушанию дву
мя ушами человек с достаточной точностью определяет направление звуков ъ
горизонтальной плоскости. Звуки от одного и того ж е источника приходят
к левому и правому уху слуш ателя разными по интенсивности, по ф азе колеба­
ний и в разное время. Это различие обусловливается тем, что, как правило,
одно ухо оказы вается ближе другого к источнику звука. По данным ряда р а ­
бот минимальный угол отклонения звука, ощ ущ аемого слуш ателем, соответ­
ствует 3°.
При бинауральном слушании в центральной нервной системе человека в о з­
никают психофизиологические процессы, создающие суждения о направлении при­
хода звука. Л ю ди, которые слыш ат только одним ухом, способны, правда, до
некоторой степени локализовать источник звука, если им случайно удастся н а ­
править ушную раковину перпендикулярно распространению звуковой волны.
Точность локализации в горизонтальной плоскости зависит от частоты ко­
лебаний источника звука. П ринято считать, что звуки с частотой ниже '*^00 гц
практически не локализую тся, так как при этих частотах длина звуковы . волн
велика, время запазды вания их прихода к левому и правому уху по отношению
Стереофоническая звукопередача
к периоду колебания и сдвиг ф аз малы; таким образом, в обоих уш ах будут
созданы почти одинаковые звуковые давления. Так как звуки музыки, речи, ш у­
мов содерж ат в себе составляющ ие всех звуковых частот, то^ в этом ^случае
слуш атель и определяет направление прихода звуков с основной частотой ниже
300 гц преимущественно по составляющ им, у которых частота колебаний более
300 гц, (например, низкие звуки литавр, контрабасов и т. д .). Значительную роль
в локализации играют частоты от 1000 до 3000 гц.
Звуки верхних частот (особенно чистые тоны) почти не поддаю тся локали ­
зации. С ледует считать, что для локализации звуков с частотой до 800 гц ос­
новное значение имеет разница во времени прихода звука к обоим ушам; р а з­
ница в интенсивности имеет определяющее значение дл я локализации звуков:
с частотой выше 800— 1000 гц.
Значительно слабее вы р аж е­
ны способности человека р азл и ­
чать направление звука в верти­
кальной плоскости, так ж е к ак и
определять, откуда идёт звук —
спереди или сзади.
Определение расстояния до
источника звука, т. е. глубины его
расположения, связано с р азл и ­
чием интенсивностей и с соотно­
шением отражённых и прямых
звуковых волн. Это ощущение не
отличается
большой точностью,
что подтверж дается [ 1] ошибками
слушателей при определении р ас­
Рис, 1. Ошибки слушателей при определе­
положения источников звука по
нии располож ения источников зв у к а на
глубине на затемнённой сцене
затемнённой сцене
(рис. 1, где тёмные кружочки о з­
Стрелкой показано направление голов сл у ­
начают действительное положение
шателей
источников звука, светлые — ф ик­
тивное; стрелкой показано н аправ­
ление голов слуш ателей).
Слух отличается избирательной способностью, которая позволяет:
а) выбрать и выделить из общей массы звучания какую -либо компоненту,
обладающ ую специфическим тембром;
б) сосредоточить вни^^aниe в определённом направлении и как бы «от­
строиться» от звуков, приходящих с направлений, не интересующих слуш ателя
(немалую помощь при этом оказы вает слуху зрение слуш ателя).
Среди психофизиологических особенностей слуха следует ещё отметить его
способность подсознательно отделять отражённый звук от прямого. Это, види­
мо, происходит благодаря бинауральному эффекту. Все перечисленные особен­
ности слуха делаю т натуральное слушание звукового образа эталоном для ср ав­
нения воспроизведённого звука при звукопередаче.
Монофоническая звукопередача
М онофонический метод передачи не даёт слушателю представления о про­
странственном расположении нескольких одновременно звучащ их источников
звука. Всё звучание практически слышится из небольшого пространства, огр а­
ниченного размерами громкоговорящ его устройства. Звучание прямых и отра­
жённых звуков приходит к слушателю в «перемешанном» состоянии — потеря­
на способность подсознательного отделения их друг от друга. Словом, из всех
упомянутых выше свойств человеческого слуха, относящихся к его бинаураль­
ной способности, монофоническая звукопередача позволяет лишь приближённо
д. и.
Г а кли н
определять расстояния до источника звука. Таким образом, потеря способности
к бинауральному слушанию, что имеет место в монофонической звукопередаче,
д ел ает её неестественной и, следовательно, искажённой. Д л я создания впечат­
л ени я пространственности пробовали передавать звуковую программу через
один канал при помощи нескольких громкоговорителей, при этом, несмотря на
некоторое расширение фронта звучания, различение отдельных пространствен­
но разобщ ённых источников звука невозможно. Были испробованы не только
схема питания двух громкоговорителей, разнесённых друг от друга на некото­
рое расстояние, через частотно-разделительные устройства, но и питание их че­
рез устройство задерж ки времени. Ни одна из подобных испробованных «псевдостереофонических» систем не д ал а удовлетворительного результата при пере­
даче худож ественных программ всех видов. Ни одна из этих систем не в со­
стоянии передать пространственное расположение нескольких одновременно дей­
ствующих источников звука.
Бинауральная звукопередача
Ж елание услыш ать при звукопередаче натуральный звуковой образ при­
вело к попыткам воссоздания при этом условий естественного слушания.
В 1881 г. в П ариж ской опере был проj ведён следующий опыт [2 ]: пара микрофоI нов была располож ена на левой и правой
j сторонах сцены; от микрофонов электричеI ские колебания поступали раздельно к неI скольким парам телефонных наушников (от
I левого микрофона к левым телефонам, от
, ^
J правого микрофона к правым телефонам).
л
А
ПамеиГУ' Слушатели, пользовавш иеся наушниками,
ломещя
щ.
получали впечатление о пространственном
Рис. 2. Б лок-схем а бинауральной
расположении исполнителей на сцене.
звукопередачи
^ дальнейшем стали применять два
одинаковых микрофона, укреплённых в
ушных раковинах манекена человеческой
головы в натуральную величину. Левый и правый микрофоны связы вались через
свои отдельные каналы с парой телефонных наушников. Такая звукопередача по­
дучила известность под названием бинауральной (рис. 2 ).
Н есмотря на очень хорошую передачу пространственной картины звука,
'бинауральная звукопередача в силу неудобства пользования головными теле­
ф онам и и восприятия звука слуш ателями из «точки», где находится «искусствен­
н ая голова» вне зависимости от своего действительного полож ения в помещении
прослуш ивания, практического применения не получила.
Идеальная стереофоническая звукопередача
Определим, как можно без каких-либо искажений передать пространствен­
ное звуковое поле из помещения, в котором происходит исполнение, в помеще­
ние, в котором слушаю т передачу. Видимо, такую звукопередачу можно осу­
ществить, воспользовавш ись системой (рис. 3), принцип действия которой изло­
ж ен ниже.
В помещении 1 на сцене находятся исполнители. Мысленно отделим пло­
скостью А — А сцену от остальной части помещения. Звуковы е волны, возбуж ­
дённые на сцене, будут пронизывать плоскость А —А , распространяясь в сторо­
ну слушателей, находящ ихся в этом ж е помещении. Разместим по всей пло­
скости А — А бесчисленное количество миниатюрных микрофонов, размеры ко
торых не могли бы существенно изменить звуковое поле. К аж ды й из микрофо­
Стереофоническая звукопередача
нов соединим своим каналом связи с миниатюрным громкоговорителем, распо­
ложенным пространственно в помещении 2 , где прослуш ивается звукопередача,
точно так ж е, как и микрофон в помещении
с которым он связан. К оэф ф и­
циент передачи каналов, вклю чая
микрофон и громкоговоритель, вы­
берем равным единице. В этом
случае звуковое поле, со зд авае­
мое каж ды м громкоговорителем,
равно звуковому полю, воздейст­
вующему на связанный с ним
микрофон.
Если помещения / и 2 строго
одинаковы, то громкоговорители,
размещ ённые в помещении 2 , воз­
будят пространственное звуковое
поле, идентичное со звуковы м по­
лем, возбуж дённым исполнителя­
ми. П ространственная звуковая
картина, переданная из помеще­
ния С тем точнее, чем большее ко­
личество каналов связы вает оба
помещения.
О писанная система звукопере­
дачи носит название идеальной
звукопередачи [3]. Т акая система
способна передать пространственг—’
ность звукового образа в трёх из­
мерениях — по высоте, ширине и
глубине; глубину можно передать
со степенью точности, доступной
процессу естественного слушания,
который, как выяснено, сам небез­
ошибочен.
Принципиальное отличие сте­
Рис. 3. Б лок-схем а идеальной стереофо­
реофонической звукопередачи от
нической звукопередачи
бинауральной заклю чается в том,
что при стереофонической передаче
звуковое поле переносится слушателю, тогда как при бинауральной звукопередаче
слуш атель как бы переносится в помещение, откуда происходит передача. О днако,
несмотря на совершенство такой звукопередачи, идеальная стерефоническая си­
стем а в силу своей громоздкости и сложности практически не была осуществлена.
Система стереофонической звукопередачи
с ограниченным числом каналов
Невозможность практического осуществления идеальной стереофонической
звукопередачи привела к мысли ограничить количество применяемых каналов
до числа, при котором технически это становится доступно. При этом пришлось
снизить требования к натуральности звукопередачи и отказаться:
1)
от требования идеальной стереофонической звукопередачи — прослуш и­
вать передачу в точно таком ж е помещении, откуда она ведётся (в практиче­
ских условиях, когда имеем дело со стереофоническим радиоприёмом или вос­
произведением звукозаписи, оба эти помещения оказы ваю тся весьма непохо­
жими друг на д р у га);
д . я . Г а кли н
2)
от локализации в вертикальной плоскости, способность к которой и в
естественных условиях невелика, ограничившись локализацией слуш ателями
направления прихода звука только в горизонтальной плоскости.
Естественно, что уменьшение количества применяемых каналов приведёт к
некоторым ошибкам при оцределенки направления прихода отдельных звуков.
Если одновременно со звуком не передаётся изображ ение, такие ошибки могут
быть не очень заметны.
С учётом приведённых выше ограничений в качестве систем звуковоспроиз­
ведения для разных практических
целей были разработаны и в настоящ ее
время применяются системы стереофонической звукопередачи
с ограниченным
числом каналов (рис. 4).
Помещение 1
Б л аго д ар я отказу от локализации
звука в вертикальной плоскости стало
возможным располагать во всех этих си­
стемах микрофоны и громкоговорители в
один ряд, а не во много рядов по верти­
кальной плоскости, как при идеальной
стереофонической звукопередаче.
Громкоговорители располагаю тся в
таком ж е порядке, как и микрофоны, но
не точно в таких ж е местах помещения
прослуш ивания, так как обычно помеще­
ние, откуда ведётся звукопередача, и по­
мещение прослуш ивания непохожи друг
на друга. Чем большее количество к а н а­
лов применяется, тем «стереофоничнее»
получается звукопередача, т. е. точнее
передаётся пространственное звуковое
поле. Увеличение количества каналов
Помзщение 2
удорож ает и услож няет системы. П оэто­
му в каж дом конкретном случае, в з а ­
Рис. 4. Б лок-схем а стереофониче­
висимости от целенаправленности, при­
ской звукопередачи с ограничен­
меняют звукопередачу
с
минималь­
ным числом каналов
но
необходимым
количеством
ка­
налов.
В настоящ ее время стереофоническая звукопередача получила достаточно
широкое распространение и практически служит следующим целям:
1. Д л я общественного прослуш ивания в специальных помещениях, панорам ­
ном, широкоформатном кино, специальных залах для слуш ания музыки и ши­
рокоэкранном кино; в первых двух случаях используются шести- или девяти­
канальные стереофонические системы, в которых пять каналов являю тся основ­
ными, их громкоговорители размещ ены вдоль фронта экрана; в последних двух
случаях применяется трёхканальная звукопередача, причём в широкоэкранном
кино возможно применение четвёртого канала для специальных звуковы х эф ­
фектов.
2 . Д л я слуш ания в домаш них условиях стереофонического радиовещания,,
граммофонных пластинок и магнитофонных записей; при этом используется двух­
канальн ая звукопередача.
Н а основе многочисленных опытов, проведённых исследователями в р а з­
ных странах, можно сделать заключение, что необходимое количество исполь­
зуемых в звукопередаче каналов зависит от следующих обстоятельсзв:
1.
От размеров помещения прослуш ивания: чем оно больше и чем больше
угол, под которым к слушателю доносятся звуки от крайних громкоговорите­
лей, тем большее число каналов долж но быть использовано в системе звуко­
передачи.
П ри недостаточном количестве каналов большое расстояние м еж ду гром-
Стереофоническая звукопередача
коговорителями приводит к разры ву звуковой картины на отдельные части —
по месту нахождения громкоговорителей.
2. От требуемой точности звукопередачи пространственного звукового поля:
чем больш ая долж на быть точность звукопередачи, тем большее количество к а ­
налов долж но быть применено. Если звукопередача сопровож дается и зображ е­
нием, то требования к точности локализации направлений прихода звука повы­
шаются — ошибки легко могут быть замечены, так как слуховые впечатления
окаж утся в несоответствии со зрительными.
3. От перемещения источников звука во время звукопередачи. Д л я точно­
сти стереофонического воспроизведения движ ущ ихся источников звука требует­
ся большее количество каналов, нежели для неподвижных.
«Стереофоничность», в данном случае степень точности передачи про­
странственного звукового поля, увеличивается с числом каналов. И спользова­
ние даж е только двух каналов даёт резкий скачок в качестве звукопередачи п о
сравнению с монофонической; с дальнейшим увеличением числа каналов при­
рост стереофоничносги уменьш ается.
Сравнение систем стереофонических звукопередач
с различным числом каналов
Н аиболее доступна анализу двухканальная стереофоническая звукопереда­
ча; лю бая МН01 оканальная стереофоническая система мож ет быть рассмотрена
как слож ная система, состоящ ая из двухканальны х систем.
В 30-х годах нашего столетия Ш тейнберг и Сноу [ 1] провели эксперименты,
с двухканальной и трёхканальной стереофоническими звукопередачами. Н а
рис. 5 показаны условия, при которых происходили звукопередачи. Заметим, что
расстояние меж ту центрами двух громкоговорителей носит название «базы».
Н а рис. 6 показаны результаты прослуш ивания [1, 4] экспертами звукопе­
редач. С равнивая эти результаты, видим, что, во-первых, двухканальная зву ко ­
передача отличается меньшей точностью определения отдалённости источникоа
звука, особенно справа и слева (условимся определять направления правое
или левое с позиции слуш ателя, обращ ённого лицом к источникам зв у к а ); во-^
вторых, локализация источников звука по ширине (в горизонтальной плоско­
сти) в обоих случаях имеет незначительные различия.
С опоставляя результаты прослуш ивания звукопередач центральных источ­
ников звука (рис. 6 ) с результатами непосредственного прослуш ивания цент­
ральных источников на затемнённой сцене (рис. 1) [ 1], следует отметить общий
для всех случаев характер ошибки — местоположение самого отдалённого ис­
точника звука указы вается ближе, чем положение среднего по удалённости
источника звука 1).
В зависимости от количества громкоговорителей, направления их осей и
акустических условий помещения прослуш ивания конфигурация этой зоны мо­
ж ет несколько изменяться.
Д е Бёр провёл экспериментально исследования двухканальной стереофо­
нической системы [ 1]: расположение микрофонов в помещении, oтJ^yдa происхо­
дила звукопередача, показано на рис. 7, а громкоговорители в помещении про­
слуш ивания располагались так, как показано на рис. 8 .
В процессе эксперимента изменялись расстояния х м еж ду микрофонами и
угол ф отклонения полож ения источника звука относительно оси симметрии
микрофонов. Эксперты-слушатели находились в зоне, обозначенной на рис. 8
штриховкой. Они определяли расстояние w от оси симметрии громкоговорите­
лей до той точки, в которой им казался расположенным фиктивный источник,
звука, а — расстояние от оси симметрии до громкоговорителя.
*) О бъяснение этом у явлению, видимо, сл едует искать в акустических условиях, npjv
которых проводился данный эксперимент.
д. и, Г а к ли н
10
i
Зксперт ы
о о о о о о о о о
о о о о о б о о о о о
■
i5M
а)
Рас. 6. Результаты п р о с л у ш и -^
ван ия звукопередачи:
а) трёхканальной,
б ) двухканальной.
Круж ками обозначены кажу­
щ иеся полож ения источников
звук а
Рис. 5. У словия звукопередачи:
а) располож ение источников звук а в
студии;
б) располож ение громкоговорителей
в помещ ении прослуш ивания
11
Стереофоническая звукопередача
Результаты исследования приведены на рис. 9. И з графиков видно, что при
достаточно большом расстоянии меж ду микрофонами постепенное смещение
действительного источника звука от оси
симметрии микрофонов создаёт у слу­
шателей впечатление быстрого передви­
ж ения фиктивного источника звука от
центра базы в сторону одного из гром ­
коговорителей.
По мере удаления, точнее увеличе­
ния угла отклонения, действительного
источника от оси симметрии микрофонов
передвижение фиктивного источника зв у ­
ка становится всё менее заметным. Это
Рис. 7. Р асполо­
жение
микроф о­
нов при исследо­
вании
Д е Бёром
свойств звуко п ер е­
дачи
по
систе­
ме А В
Рис.
8.
Располож ение
громкоговорителей и с л у ­
шателей при исслед о ва ­
нии Д е Бёра
обусловливается тем, что невозможно определить местоположение фиктив­
ного
источника за
пределами
базы,
органичивающей
ширину
«звуко^
вой картины».
Рассмотрим график на рис. 9, со­
ответствующ ий расстоянию меж ду ф''
микрофонами 120 см: при постепен­ 50
ном смещении действительного источ­
>
75
ника звука от оси симметрии на 15°
/
фиктивный источник звука передви­ 60
нется на расстояние w = O J а от цент­
/
ра базы в направлении к одному из ^5
громкоговорителей; при дальнейшем
V
смещении действительного источника
80
звука на угол в 7,5° фиктивный ис- /у
точник звука окаж ется отстоящ им от
120
одного из громкоговорителей всего на
а
О
0,1
0.2
0.3
0,5
0,5
0,6 0.7 0,3 0,9 1
расстояние 0,1 а. Смещение действи­
тельного источника ещё на 2 2 ,5 ° вы ­
Рис. 9. Результаты исследования зв у к о ­
зовет мало заметное для слуш ателя
передачи по системе А В
передвиж ение фиктивного источника
звука на расстояние 0,1 а, оставш ееся
до центра одного из громкоговорителей.
Таким образом, при большом расстоянии меж ду микрофонами и при дви ­
ж ении источника звука у слуш ателя создаётся впечатление скачка звука от о д ­
/
у
\У
/
/
у'
0
у
12
Д . И. Г а кли н
ного громкоговорителя к другому. И з сравнения кривых на рис. 9, соответствую ­
щих различным расстояниям меж ду микрофонами при эксперименте, м о ж н а
сделать вывод, что с увеличением расстояния меж ду микрофонами «угол звуковосприятия» уменьш ается, а с уменьшением — увеличивается. Д ей стви тель­
но, при расстоянии меж ду микрофонами х = 2 0 см отклонение фиктивного источ­
ника звука от центра базы пропорционально углу меж ду действительным источ­
ником звука и осью симметрии вплоть до ф = 60°. Следовательно, угол звуковосприятия в этом случае достаточно велик. При х = 4 0 см пропорциональностьмеж ду теми ж е величинами сохраняется лишь до значения ф = 40°. С увеличе­
нием расстояния А- угол правильного звуковосприятия уменьшается, и при пе­
ремещении действительного источника звука за пределы этого угла происходит
рассмотренный выше скачок звука к одному из громкоговорителей.
С ледует обратить внимание на характер искажения*
звукового
изображ ения
при
уменьшении угла звуковоспри­
ятия: звуковое изображ ение не­
подвиж ных источников звука,,
охваты ваемых данным углом
звуковосприятия, как бы расш и­
ряется. Это означает, что в не­
большом угле звуковосприятия,
равном 20 °, при х = 8 0 см зву*
ковое изображ ение источника
звуков, заключённых в этом
угле, столь ж е широко, как
звуковое изображ ение источни­
ков звуков, заключённых в
Рис. 10. Располож ение источника звук а отно­
угле, равном 40°, при
сительно микроф онов пяти-, трёх- и д ву х к а ­
40 см. Крутизна прямолиней­
нальной системы звукопередачи на расстоя­
ных отрезков кривых рис. 9
ни я х а и a jl7 от ли ни и микроф онов
характеризует скорость про­
хож дения центра: чем больше црутизны, тем меньше скорость прохождения
центра и, стало быть, правильнее звукопередача.
О днако описанное исследование
не учитывало значения расстояния от
источника звука до линии расположения микрофонов. Н а рис. 10 показано пять
микрофонов, расположенных на расстоянии а / 2 друг от друга [1]. Здесь И а—
источник звука, смещающийся параллельно линии микрофонов на расстояние а
от неё; И ^ — источник звука, смещающийся параллельно той ж е линии на
Т;
расстояние а/17 от неё.
И з рисунка видно положение источника звука относительно: а) пяти мик­
рофонов, А , D, С, Е, В — при пятиканальной стереофонической системе; б) трёх
микрофонов, А , С, В — при трёхканальной системе; в) двух микрофонов, А^ В —
при двухканальной системе.
Н а рис. 11 а и б показано в относительных единицах изменение звукового
давления, воспринимаемого соответственно пятью микрофонами в зависимости
от расположения источника звука Иа и только тремя микрофонами (А, С, В )
в зависимости от располож ения источника з в у к а .
Т?
По графикам рис. 11а можно провести сравнение двух-, трёх- и пятика­
нальной стереофонических систем и вывести заключение, что с увеличением чис­
ла каналов изменение звукового давления у микрофонов при перемещении источ­
ника звука становится меньше. Н а этих ж е графиках мож но увидеть распре­
деление звукового давления, воспринимаемого микрофонами двухканальной си-
Стереофоническая звукопередача
13
схемы, расположенными друг от друга на расстоянии не только 2 а (м икроф о­
ны А и В ), но и а/2 (например, микрофоны D и С — кривые 2 и 5)^
Располож ение микрофонов
и источника звука, соответ­
ствующее рис. П б, практи­
чески >нереально, но вид кри­
вых делает ясным их х а р а к ­
тер во всех промежуточных
случаях и показывает, что
чрезмерное приближение ис­
точников звука к линии распо­
л ож ен и я микрофонов может
привести
к
весьма
ослаб­
«г;
D
ленном у звучанию («провалу»)
ио ^ А
источников
звука,
н ах о дя­
о.;
щихся
в центре звукового
Г
1
поля (при двухканальной си­
1
...f1
стем е), к звуковым скачкам
€,6 1
или д аж е к разры ву зв у ­
1
\
/
ОЛ
ковой картины на несколько
/
/
отдельны х частей при д а н ­
ч
S
0,2
ных
расположении
и
рас­
_
I
стоянии меж ду громкоговори­
О
W 0,8 0,6 0,5 0,2 О 0,2 0,5 0,6 0,8 1,0 а
телями.
1\
/\
Рис. 11, Р аспределение звукового д а в­
лени я на микрофоны
Особенности звукопередачи от перемещающихся
источников звука
Д иаграм м ы направленности микрофонов (например, кардиоидных) зависят от
частоты, поэтому в областях, где эти диаграммы наклады ваю тся друг на др у ­
га, при звукопередаче передвигающ ихся источников звука возникают значи­
тельные частотные искаж ения. Например, голос движ ущ егося певца (это прояв­
ляется особенно ярко при исполнении им пассаж ей) становится то звонким, то
глухим. В трёхканальной звукопередаче с использованием кардиоидных микро­
фонов, оси наибольшей чувствительности которых параллельны, при пассаж ах
теряются высокие частоты, если источники звука направлены под углом ± 45°,
по отношению к осям наибольшей чувствительности микрофонов.
Д л я того чтобы ослабить это явление, оси чувствительностей внешних мик­
рофонов направляю т к центру под некоторым углом, меньшим 45°. В двухканальной звукопередаче прибегают к таком у ж е способу.
Микрофонная система стереофонического звукоусиления сцены
в зале Дворца съездов в Кремле
Разм еры и естественная акустика зал а Д ворца съездов в Кремле, соору­
ж ения многоцелевого назначения, делаю т невозможным проведение в нём спек­
таклей и концертов без звукоусиления и применения электронных способов из­
менения акустических качеств зала. Д л я звукоусиления оперных спектаклей в
зале, ширина сцены которого 32 м, выбрана пятиканальная стереофоническая
система. Н ад порталом сцены скрыто расположены пять, по числу каналов,
громкоговорящ их устройств. М икрофонная система для звукопередачи от дв и ­
жущ ихся источников звука — поющих артистов, свободно передвигающ ихся по
сцене соответственно драм атическом у действию спектакля, — показана на рис. 12 .
(Ц ифры около микрофонов показываю т, к какому из каналов данный микро­
14
Д . И. Г а к ли н
фон подклю чается). В микрофонной системе использованы три пары сдвоен­
ных микрофонов и пять одиночных. Оси максимальных чувствительностей всех
микрофонов направлены так, что диаграммы направленности этих микрофонов
покрываю т всю площ адь сцены. К а ж д а я пара микрофонов практически распо­
лагается на одной оси и представляет собой двухканальную систему: пары под­
ключаются в центре — к чётным каналам (2, 4-й), а справа и слева от цент­
ра — соответственно к нечётным (3, 5-й и 1, 3-й )«
А
ж
Ж
-8мт -
г
ш
Ж
-8мт-
I
"Л
_I
6
Рис, 12. М икроф онная система звук о уси лен и я сцены Д в о р ­
ца съездов в Кремле.
С верху показано располож ение по каналам портальных
гром коговорящ их устройств
И з пяти одиночных микрофонов два используются по краям сцены (1 и 5-й
к ан ал ы ), а три — как «подсветочные», с меньшим коэффициентом передачи: в
центре (3-й канал) и у краёв сцены меж ду сдвоенными и одиночными микро­
фонами (2 и 4-й каналы ).
При передвижении источников звука, которое определяется мизансценами
оперного спектакля, система обеспечивает достаточно точную звукопередачу;
она отличается меньшей точностью при передаче движ ущ ихся источников зву ­
ка у правого и левого краёв сцены, где, как правило, передвиж ения поющих
артистов не происходит, и потому эта меньшая точность передачи практическо­
го значения не имеет.
Совместимость стереофонической звукопередачи
с монофонической
П од совместимостью стереофонической звукопередачи с монофонической
понимается возмож ность слуш ать стереофоническую звукопередачу как полно­
ценную монофоническую. Полноценность монофонического прослуш ивания за к ­
лючается в том, что слуш атель получает при этом правильное представление о
передаваемом звучании с соответствующими частотными и громкостными соот­
ношениями в нём", без потери каких-либо существенных компонентов. Ж ел ател ь ­
но, чтобы подобное прослуш ивание не требовало применения каких-либо допол­
нительных электрических преобразований.
М ногоканальные системы стереофонической звукопередачи путём электриче­
ского соединения могут быть «собраны» в один канал. Но, как правило, такое
соединение не даёт слуш ателю правильного представления о передаваемом зв у ­
чании вследствие того, что один и тот ж е звук воспринимается микрофонами
Стереофоническая звукопередача
15
разных каналов в разное время (с разной ф азой ). Следовательно, многоканаль­
ные стереофонические системы передачи не обладаю т (в настоящ ее время) свой­
ством совместимости. Исключением являю тся двухканальны е стереофонические
системы звукопередачи, совместимость которых с монофонической будет р ас­
смотрена ниже.
О переходном затухании между каналами звукопередачи
К ак известно, если сигналы, передаваемы е через один канал стереофони­
ческой передачи, частично проникают в другой канал, то величина ослабления
сигналов, происходящего при проникании из одного канала в другой, н азы вает­
ся переходным затуханием, выраж аемым обычно в децибелах. Чем меньше пе­
реходное затухание, тем больше ослабляется стереофоничность звукопередачи.
По экспериментальным данным переходное затухание меж ду каналам и должнобыть не менее 20 дб в диапазоне 30-^200 гц\ 40 дб в диапазоне 200-^9000 гц и
30 дб на более высоких частотах. Особенно опасна с точки зрения зату х ан и я
полоса частот 1-^3 кгц, так как эти частоты находятся в области наибольшей
чувствительности слуха.
Основные технические требования к стереофоническим
системам звукопередачи с ограниченным числом каналов
Во всякой стереофонической системе звукопередачи долж ны быть соблю де­
следующие требования:
1. Соответствие каналов (левый, правый — в двухканальной звукопереда­
че; левый, центральный, правый — в трёхканальной и т. д.):
а) в микрофонной системе, воспринимающей звуковую картину;
б) в аппаратуре записи и воспроизведения (вклю чая громкоговорители).
2 . Сохранение одинаковой полярности (ф аз) сигнала во всех каналах тр а к ­
та и во всех их звеньях и сопряж ениях: микрофонах, микрофонных ш лангах,
соединительных линиях, коммутационных устройствах, усилителях и т. д. («П е­
рекрещивание» соединительных проводов, равносильное изменению фазы на
180°, приводит к большим искаж ениям.)
3. Ф азовы е характеристики всех элементов тракта в каж дом из каналов
долж ны быть достаточно идентичными; на основании литературных и экспери­
ментальных данных сдвиги ф аз в каналах тракта не долж ны быть более 15°.
4. Все каналы тракта звукопередачи долж ны быть достаточно одинаковы;
идентичность усиления всех каналов, особенно в диапазоне 70 2 4 -^ Ю кгц, должна^
уклады ваться в 1 дб.
5. Переходное затухание меж ду каналам и (другими словами, «проникание
из канала в канал») при звукопередаче музыки не долж но выходить из обус­
ловленных ранее пределов.
ны
Восприятие стереофонического звучания
Д о сих пор вопросы стереофонического звучания рассматривались преиму­
щественно со стороны физики явлений. П опытаемся оценить стереофонию с точ­
ки зрения её восприятия. Восприятие — категория субъективная и весьма тес­
но связана, особенно в области звука, с определённой тренировкой слушателейэкспертов, их слуховой направленностью, связанной с профессионально-слухо­
выми навыками и их субъективными представлениями о том, каким долж ен
быть звуковой образ в каж дом конкретном случае. Другими словами: каж ды й
слуш атель фиксирует своё внимание на различных особенностях звучания.
Человек музыкально или худож ественно восприимчивый слуш ает звуковой о бр аз
эмоционально и не замечает технических и художественно-технологических по­
грешностей в нё;ц. Ч асть музыкантов-профессионалов могут фиксировать, во з­
i6
д . я . Г а клин
можно несколько излишне, своё внил{ание на технологических подробностях
исполнения — «все ли играют вместе, и нет ли фальш ивых нот»; другая часть
мож ет интересоваться звуковым образом с точки зрения интерпретации испол­
нителем данного художественного произведения; слуш ателя-техника мож ет
больш е интересовать, насколько широки частотный и динамический диапазоны
в данном звуковом образе, не слышны ли нелинейные искаж ения, фоны и т. д.;
звукореж иссёра мож ет заинтересовать, насколько правильно передаётся пространственность звукового образа, каково распределение источников звука в д а н ­
ной «звуковой картине» и ещё целый ряд других сторон звучания, которых со­
вершенно не зам етят одновременно с ним слушающие эксперты, но у которых
нет достаточной тренировки, чтобы «так слушать» и внимание которых н аправ­
лено совсем на другие стороны звучания. Тем не менее, можно сказать, что
первое и главное впечатление на слуш ателя, привыкшего к монофонической
звукопередаче и впервые услыш авшего стереофоническую, оказы вает возм ож ­
ность чёткого определения месторасположения источников звука или их пере­
движений. Однако одной этой возможности ещё недостаточно для создания
полноценного стереофонического звучания, хотя локализация источников звука
и имеет большое значение. Сказанное подтверж дается характером восприятия
стереофонического звучания музыки профессиональными музыкантами; они ча­
сто в очень малой степени реагирую т на месторасположение источников звука,
а обращ аю т внимание на естественность и «рельефность» общего звучания. При
прослушивании д аж е двухканальных стереофонических записей их ощущение
по их утверж дениям весьма близки к ощущениям, испытываемым ими при слу­
шании непосредственного исполнения в хорошем концертном зале. К ак нам из­
вестно, полное воспроизведение «естественного звучания концертного зала» я в ­
ляется возможным лишь в идеальной стереофонической звукопередаче.
У казанная естественность стереофонического звучания музыки определяется
€Г0 следующими характерны ми особенностями:
1 ) чёткостью и раздельностью звучания различных компонентов «звуковой
картины» (различных инструментов, групп инструментов, солистов и т. п.);
2 ) «прозрачностью» звучания;
3) правильностью передачи тембров инструментов, голосов, а такж е ак у ­
стической «окраски» звучания;
4) возмож ность услыш ать солиста в сопровождении оркестра без неестест­
венного приближения его к слушателю, что неизбежно в монофонической зв у ­
копередаче;
5) передачей «басовых» звуков оркестра без излишней «гулкости»;
6 ) возможностью передать большой динамический диапазон звучания; при
этом не возникает неприятного ощущения от излишней громкости у слушателя
при Достаточно хорошей слышимости и тихих звуков, что трудно достижимо
в монофонической звукопередаче; больше того, слушатели последней часто от­
вергаю т большой динамический и частотный диапазоны при воспроизведении
музыки; этого не происходит при стереофонической звукопередаче.
Следует ещё заметить, что стереофоническая передача звучания д аж е од­
ного инструмента, например фортепиано, оказы вается по впечатлениям к вали ­
фицированных слуш ателей весьма правильной по одинаковости передачи звука
инструментов во всех регистрах с сохранением естественности тембра инстру­
мента как в момент удара молоточка по струнам (нестационарный процесс),
т ак и во время звучания струн. Монофонии недоступна передача с такой сте­
пенью точности.
Стереофоническое звучание как средство и как цель
Если монофоническую звукопередачу образно можно н азвать открытым
«окном» в концертный зал («окном» служ ат в данном случае громкоговорители),
то идеальная стереофоническая звукопередача в подобном ж е образном пред­
ставлении предстанет перед слуш ателем тогда, когда «окно» станет размером
Стереофоническая звукопередача
17
ЕО всю ширину зал а и будет полностью воспроизведено естественное звучание
концертного зал а. Но это понятие — воспроизведение естественного звучания
зал а — имеет смысл лишь при идеальной стереофонической звукопередаче или
при условиях, весьма близких к ней, — при звукопередаче с ограниченным,
но достаточно большим количеством каналов и в помещении, достаточно сход­
ном с помещением, где происходит исполнение. Но и в последнем случае это
понятие требует уточнения. Во-первых, не существует двух одинаковых по р а з­
мерам и акустическим свойствам концертных залов. Во-вторых, следует уточ­
нить, в каком месте зал а находится слушатель. Известно, что дирижер на своём
возвышении слышит оркестр иначе, нежели, например, сидящий в середине з а ­
ла; сидящий в первых рядах партера будет слыш ать иначе, чем сидящий в
амф итеатре и т. д. П редполож им, наконец, что какие-то места в зале будут
выбраны как оптимальные по звучанию или в основу такой звукопередачи будет
положено предположение, что в аналогичных местах первого и второго залов
звучание будет одинаковым. А ведь в практических условиях приёма звукопере­
дачи в небольших помещениях или в домаш них условиях, да ещё с ограниче­
нием числа каналов до двух (в лучшем случае до трёх) следует считать, что
это понятие теряет всякий смысл. В этих случаях при звукопередаче симфониче­
ской, классической, камерной и другой подобной музыки серьёзного х ар ак те­
ра, видимо, следует говорить о стереофонии, как о средстве создания в зву ко ­
передаче пространственного звучания, отличающегося естественностью произво­
димого на слушателей впечатления и «живыми» тембрами инструментов и го­
лосов; другими словами, как о средстве создания звучания, в какой-то мере
приближающ егося к естественному звучанию зала.
Сила воздействия на слуш ателя направлением и отдалённостью звучания
учитывалась и композиторами прошлого. М ожно привести немало этому при­
меров. Ограничимся несколькими:
а) Бетховен в увертюре, известной под названием «Леонора», к опере «Фиделио» использовал эффект с приближающимися к слушателю сигналами труб;
б) хор («Солнце за горой») из оперы «Князь Игорь» А. Бородина испол­
няется во время прохода хора с одной стороны сцены на другую — с прибли­
жением и удалением;
в) Г. М алер в партитуре 2-й симфонии (5-я часть) точно определяет р ас­
положение закулисных четырёх труб: две справа и две слева;
г) современные композиторы широко пользуются воздействием, оказы вае­
мым направлением звуков. В опере С. П рокоф ьева «Любовь к трём апельсинам»
его чудаки-тенора и басы обрамляю т почти весь спектакль, звуча из левой и
правой башен сценического оформления. В его ж е опере «Дуэнья» есть у к а за ­
ние автора, что скрипки долж ны доноситься до слуш ателя из левой кулисы
сцены, а виолончели — из правой кулисы.
Совершенно закономерным для современных композиторов являю тся встре­
чающиеся указания на титульных листах их партитур для оригинальных со­
ставов инструментов и исполнителей, как они долж ны быть размещ ены на эст­
р аде и сцене. Это веяние времени является не модой, а всё развиваю щ ейся у
худож ников потребностью призвать к себе на служ бу и в большой степени,
чем раньше, использовать ещё одно средство воздействия на слуш ателя —
раздельность звучания, которое может подчеркнуть конфликтность различных
тем, их объединение, сопоставление, противопоставление и т. д.
Возможности сгереофонии сделали нагляднее эффективность воздействия
на слуш ателя направленностью звуков. Воздействие на слуш ателя звучанием
различно расположенных инструментальных групп в произведениях, партитуры
которых написаны с учётом этих обстоятельств, является в некоторой степени
пока ещё «вещью в себе», доступной лишь дириж ёру или сравнительно не­
большому количеству слушателей, удачно в этом отношении расположенных в
зале. Стереофония мож ет воздействие направлением звуков сделать «вещью
для всех».
2 -2 8 3
18
Д . И. Г а кли н
Стереофония — новая область звуковой техники; она способна передать
пространственную звуковую картину, быть мож ет и не встречавш уюся до сих
пор при непосредственном исполнении. П одобная звуковая картина мож ет быть
плодом совместной ф антазии композитора, исполнителя и звукореж иссёра и
отличаться ярким и сильным воздействием на слуш ателя — до эры стереофонии
недоступным ни- «живому» исполнению, ни монофонической звукопередаче. Если
при записи серьёзной музыки стереофония является средством для передачи з а ­
думанного звукового образа в плане осуществления авторского замы сла, о ко­
тором имеются традиционные представления, то при записи лёгкой музыки, ко­
торая не имеет традиций исполнения, звуковой образ мож ет быть самым р а з­
нообразным и неожиданным, и в этом случае стереофония мож ет становиться
не только средством, но и целью.
Таким образом, в результате развития стереофонии появились попытки, в
большинстве удачные, создать стереофонически «звуковые представления», спе­
циально написанные авторами для стереофонического воспроизведения. П ри
этом не обходится без курьёзных крайностей. И звестна, например, стереозапись
произведения Р одж ерса «П обеда на море», в котором совместно с симфониче­
ским оркестром использованы такие солирующие инструменты, как... пикирую­
щий бомбардировщ ик, звуки стрельбы торпедами под водой, взрыв подводной
лодки и шум её падения на дно!!! Подобные «звуковые представления» быть
мож ет и эффектны, но едва ли советский слуш атель причислит их к произве­
дениям искусства. Н адо предполагать, что для популяризации стереофонии сре­
ди массы слуш ателей наш а стереофония пойдёт наряду с указанны м выше пу­
тём создания звучаний, близких к естественным, и по пути создания «звуковых
представлений», специально написанных для стереофонического воспроизведе­
ния, в которых стереофония м ож ет явиться не только средством, но и целью.
Двухканальная стереофония и двухканальная
стереофоническая звукозапись
Д о рассмотрения вопросов, связанных с непосредственным осущ ествле­
нием двухканальной стереофонической записи, рассмотрим существующие си­
стемы двухканальной звукопередачи, т. е. двухканальной стереофонии.
Система А В
Блок-схема такой зву
вукопередачи показана на рис. 13. И з экспериментальных
исследований системы А В (система А В представляет собой частный случай сте­
реофонической звукопередачи, число каналов в которой ограничено двум я) м ож ­
но сделать следующие основные выводы о её свойствах:
а) слишком большое расстояние меж ду микрофонами мож ет привести к воз­
никновению у слуш ателя впечатления скачка звука от одного громкоговорителя
к другому («провалу центра»), к отсутствию «протяжённости» и непрерывности
звуковой картины при воспроизведении, к невозможности различать в этой к ар ­
тине отдельные источники звуков, занимающ ие определённые части фронта зв у ­
чания;
б) чем больше расстояние меж ду микрофонами, тем меньше угол звуко
восприятия системы;
в) чрезмерно близкое расположение источников звуков к линии микрофо­
нов мож ет вы звать тот ж е нежелательны й эффект, но ещё в большей степени,
что и большое расстояние меж ду микрофонами;
9 Эта система часто встречается в литературе под названием
фонии».
«классической стерео­
Стереофоническая звукопередача
19
г)
чем меньше расстояние меж ду микрофонами, тем правильнее звукопе­
редача источников, расположенных под различными углами к оси симметрии
микрофонов. М инимальное расстояние ограничивается необходимостью приёма
каждым из микрофонов различной информации.
К ак видно, в этой системе необходимо тщ а­
источники звука
тельно выбирать расстояние меж ду микрофонами,
а такж е расстояние от линии расположения мик­
рофонов до источников звуков.
Практически система А В использует два мик­
\
/
рофона, одинаковых по чувствительности и по
характеристикам направленности. Р асполагаю т­
ся микрофоны на расстоянии до 1,5—2 м друг
от друга. К ак видно из рисунка, оба микрофона
воспринимают один и тот л^е звук с некоторым
сдвигом ф аз (с разницей во времени прихода) и
с различной интенсивностью. Этими двум я ф ак­
торами и определяется воспринимаемый слуш ате­
лями эфф ект локализации источников звука в го­
ризонтальной плоскости.
Система X Y
Д ан н ая система использует для локализации
источников звука только различия интенсивности
звука, воспринимаемые обоими микрофонами;
нет временных (или ф азовы х) сдвигов в восприя­
тии микрофонами этой системы одного и того ж е
звука. Экспериментально доказано, что только
Рис. 13. Б лок-схем а з в у ­
за счёт изменения интенсивности в каналах зв у ­
копередачи
по
систе­
копередачи можно достичь эфф екта перемещения
ме А В
каж ущ егося источника звука при звуковоспроиз­
ведении.
Схема проведения такого эксперимента приведена на рис. 14. К двум гром­
коговорителям подводится одна и та ж е монофоническая информация. М ощ ­
ность, п одаваем ая к громкого­
ворителям, во время экспери­
мента изменялась дл я каж дого
из громкоговорителей в от­
дельности.
Регулирование подаваемых
к громкого^горителям мощно­
стей P i и Рг обеспечивало:
1 ) работу
одного левого
или правого громкоговорителя;
2 ) работу обоих громкого­
ворителей с одинаковой интен­
сивностью, а такж е во всех
промежуточных вариантах со­
отношений подаваемых к громговорителям
мощностей. Н а
рис. 14 стрелками 1, 2, 3 покаРис. 14.
Схема перем ещ ения каж ущегося ис- зано
положение
фиктивных
точника
звук а путём изм енения громкости источников звука при различдвух
громкоговорителей: ных соотношениях мощностей,
Р — регуляторы, В У — воспроизводящ ее уст- подаваемых к громкоговориройство
теля м.
2*
Д . И. Г а кли н
20
Н а рис. 15 [1, 2] показано расположение громкоговорителей при определе­
нии слуш ателями каж ущ егося угла направления фиктивного источника звука.
Результаты определения слуш ателями каж ущ егося угла ф направления фиктив­
ного источника звука в зависимости от разности уровней в децибелах, пода­
ваемых к громкоговорителям, приведены на рис. 16 (кривая У), показывающем
перемещение фиктивного источника звука вправо. К ривая 2 демонстрирует из­
менение того ж е угла в зависимости от задерж ки во времени.
Д е Бёр [ 1] экспериментально д о к а­
зал, что введение временной задерж ки V
в одном из каналов на 1 мсек равно­ 25
сильно изменению звуковой мощности
на 5 дб (это соответствует изменению
__
полож ения фиктивного источника звука 20
15
10
/
/
Jу
у
г
2
-U J
Рис. 15. Располож ение
громкоговорителей
при
определении слуилателями каж ущегося у гл а на­
п равления ф фиктивного
источника звук а
L.
м сек
-I— L.J— t__
10
2 0 дб^
Рис. 16. Результаты определе­
ни я у гл а ф в зависимости от
разности подводим ы х к гром ­
коговорителям уровней ( кривая 1) и от задерж ки во вр е­
м ени (2)
примерно на 8 °). О днако следует учитывать, что на этих результатах сказалось
качество громкоговорителей, место расположения слуш ателя, положение его го­
ловы и акустика помещения прослушивания.
Авторы системы X Y [2] Д аттон, К ларк и Вандерлин продолж али идеи ан ­
глийского физика А. Блумлейна, много сделавш его для развития двухканальной
стереофонии. В частности, по изобретённой им системе записи двух каналов на
граммофонные диски в 1933 г. были произведены музыкальные записи, прослу­
шивание которых и в 1955 г. показало достаточно высокое их качество. Совре­
менное производство стереофонических грампластинок в значительной степени
основано на развитии его изобретений и идей.
Блок-схема стереофонической звукопередачи непосредственно левой и п ра­
вой сторон звукового поля по системе X Y приведена на рис. 17. Д в а одинако­
вых микрофона с характеристиками направленности в форме восьмёрок у ста­
новлены близко друг к другу на одной вертикальной оси так, что направления
осей их максимальной чувствительности перпендикулярны друг другу и обра­
зую т углы 45° с плоскостью симметрии, делящ ей звуковое поле пополам.
О сновная зона восприятия звуков ограничена углом меж ду осями макси­
мальной чувствительности обоих микрофонов, направленным в сторону источ­
ников звука. Способность микрофонов воспринимать звуки, приходящ ие с об­
ратной стороны, используется дл я приёма отражённых звуковых волн и, следо­
вательно, д л я создания необходимой акустической окраски звучания путём при­
ближения микрофонов к источникам звука или удаления от них.
Стереофоническая звукопередача
21
Источники звуков, находящ иеся
в крайних полож ениях, левом или правом,
воспринимаются соответственно микрофоном X
или У, имеющим в этих на­
правлениях максимальную чувствительность; звуки, воспринятые только микро­
фоном X (левое крайнее полож ение), слуш атель услышит из левого громкого­
ворителя; правый громкоговоритель вос­
произведёт звуки, воспринятые только мик­
рофоном Y (правое крайнее полож ение).
Источник звука, находящ ийся в центре зв у ­
кового поля, в одинаковой степени будет
воспринят микрофонами А и У и будет у с ­
лыш ан из пространства в центре меж ду
двум я громкоговорителями.
И з сложения характеристик направлен­
ности обоих микрофонов (кривая 4 рис. 18)
видно, что источники звуков, находящ иеся
Рис. 17. Б лок-схем а стереофо­
нической
звукопередачи
по
системе X Y
Рис. 18. Работа д в у х на правлен­
ны х микроф онов системы X Y
в крайних положениях, воспринимаются микрофонами слабее; поэтому каж ущ ие­
ся источники звука, воспринимаемые слушателем, будут расположены к середи­
не ближе действительных. Если перед микрофонами X и Y находится оркестр.
10 можно представить, что разница в звуковой информации, передаваемой по
каналам X и Y, мож ет оказаться весьма значительной, но лишь по интенсивно­
сти, с которой будут п ередазагься по этим каналам звуки тех или иных ин­
струментов оркестра. Эти звуки будут приходить к микрофонам (X и У) в одно
и то ж е время; следовательно, ф азовы х различий в этой системе нет, однако это
не наруш ает стереофоничности звукопередачи.
Н а рис. 17 была показана наиболее эфф ективная микрофонная система
X Y \2 \ но можно применять и микрофонные системы с иными характеристика­
ми направленности (рис. 19), такж е смонтированными на одной вертикальной
оси близко друг к другу.
Система с характеристикой рис. 19а (двух кардиоид) даёт худш ую ло ка­
лизацию источников звука, чем система с характеристикой рис. 17 (двух «вось­
мёрок»). А кустическая «ширина» звукового поля, переданного двумя «кардио­
идами», будет меньше, чем при передаче его двумя «восьмёрками».
22
Д . И, Г а кли н
В этой системе возмож но ориентирование осей максимальной чувствитель­
ности микрофонов под одинаковыми углами, большими или меньшими 45° по
отношению к плоскости, проходяищй через середину звукового поля. Соответ­
ственно будет получаться лучш ая или худш ая локализация, а «акустическая
ширина» будет больше или меньше; в системе с двум я «восьмёрками» возм ож ­
но применение только углов 45° и меньших, во избеж ание восприятия обоими
микрофонами одной и той ж е информации, но в разных и д аж е обратных ф а ­
зах. Сказанное будет совершенно ясно, если представить себе «восьмёрки»
рис. 17 с углом, образованным осями максимальной чувствительности, равным
180°, а не 90°.
а)
б)
в)
г)
два однонаправленны х микрофона,
два двухн а п р а вленн ы х микрофона,
однонаправленны й и д вухнаправленны й микрофоны,
ненаправленны й и д вухнаправленны й микрофоны
М икрофонные системы с характеристиками, изображ ёнными на рис. 19 6 , в, г,
имеют микрофоны, оси максимальной чувствительности которых направлены на
центр звукового поля с разными характеристиками направленности, соответст­
венно: б ) с «восьмёрочной», в ) с «кардиоидной», г) с круговой. Микрофоны
ориентированные вдоль фронта звучания, во всех случаях имеют «восьмёрочные» характеристики направленности.
Д л я получения стереофонической информации о левой и правой сторонах
звукового поля в отдельности во всех трёх последних случаях, как это п о каза­
но будет далее, необходимо выходные напряж ения обоих микрофонов подверг­
нуть суммарно-разностному преобразованию .
Система Л15*)
Э та система [5] является подробно разработанным , частным случаем систеX Y. Автором системы M S, Л ауридсеном, за основу взяты комбинации мик­
рофонов, имеющие разные характеристики направленности (рис. 19 6 , в, г). М ик­
рофон М (микрофон середины) в данном случае с круговой характеристикой
(рис. 2 0 ) ориентирован своей лицевой стороной на середину звукового поля, а
микрофон 5 (микрофон сторон) с восьмёрочной характеристикой направленно­
сти ориентирован в том ж е направлении осью наименьшей чувствительности.
В самих микрофонах системы произведено разделение всей воспринимаемой ин­
формации на две составляющ ие: составляющ ую М , содерж ащ ую информацию
обо всём звуковом поле, и составляющ ую S , содерж ащ ую информацию о сто­
ронах звукового поля. Эти разделённые сигналы превращ аю тся в стереофониче­
ские, несущие информацию о левой и правой половинах зНукового поля, путёаМ
МЫ
г.
*) Примечание: название образовано первыми буквами немецких слов M ittel — Seite*
е . середина — стороны.
Стереофоническая звукопередача
23
суммирования выходных напряжений микрофонов Л1 и 5 для левого кан ал а н
вычитаний этих ж е напряж ений для правого канала при прмощи суммарно­
разностного преобразователя С РП (рис. 21).
Если источник звука передвигается в гори­
зонтальной плоскости относительно микрофонов,
как показано на кривой 1 рис. 2 1 , то он будет
восприниматься микрофонами Л1 и 5 в одно и
то ж е время (т. е. без фазовы х различий).
Н а рис. 2 2 показаны зависимости выходных
напряжений микрофонов Л1 и 5 от угла прихода
звука. При перемещении источника звука по по­
луокружности, описанной вокруг центра микро­
фонной системы (кривая 1 рис. 2 1 ), и изменении
Р ис. 20. Одна и з комбинаций м икро­
фонов системы M S
Рис, 21, Блок-схем а
стереофонической з в у ­
копередачи
по си­
стеме M S
угла прихода звука от —90° до 4-90° напряж ение микрофона М (с идеальной
круговой характеристикой направленности) изображ ено прямой 1\ оно н« зав и ­
сит от угла прихода звука и постоянно по ф азе и по величине. Выходное на-
Рис, 22. Зависимости вы ходны х на ­
пряж ений микроф онов М (к р и ва я 1)
и S (к р и ва я 2) угл а прихода звук а
Рис. 23. К ривы е результ ирующ их
напряж ения после СРП в каналах:
1 — в левом Л14-5, 2 — в правом
M— S
пряж ение микрофона (кривая 2 рис. 2 1 ) зависит от угла прихода звука; при
угле —90° оно такое ж е, как при угле 4-90°, и в данном случае равно н ап ря­
жению микрофона М.
24
Д. И. Г а кли н
Путём суммирования и вычитания (действие С РП блок-схемы рис. 21) ор­
динат прямой 1 и кривой 2 рис. 22 получены графики результирующих н апря­
жений в правом и левом каналах, показанные на рис. 23. Аналогично мож но
объяснить работу системы
при микрофонах с характеристиками «кардиои­
да — восьмёрка».
Взаимосвязь систем интенсивной стереофонической звукопередачи
Н а рис. 24 приведены различные по характеристикам направленности и по
взаимному расположению комбинации микрофонов, где в разных столбцах, но
на одной горизонтали находятся эквивалентно работаю щ ие комбинации микро­
фонов, применяемых в различных системах интенсивной стереофонической зв у ­
копередачи.
Рис, 24, Эквивалентно работающие ком бинации микроф онов в различны х
системах интенсивной стереофонии
В первом столбце этого рисунка представлены комбинации двухнаправлен­
ных (случай а) и однонаправленных (случай б и в ) микрофонов, оси макси­
мальной чувствительности которых в случаях а и б ориентированы под углом
90° меж ду собой (и под 45° к плоскости симметрии звукового п о ля), в слу­
чае в — под углом 180°. Такие комбинации микрофонов могут быть использо­
ваны в системе АТ без применения суммарно-разностных преобразований.
Стереофоническая звукопередача
25
Во втором столбце представлены комбинации микрофонов г, д, е, соответ­
ственно эквивалентные комбинациям а, б и в, если последние подвергнуть сум­
марно-разностному преобразованию . В комбинации г действие двухнаправлен­
ного микрофона, ориентированного на центр звукового поля, равноценно сумме
действий микрофонов А и У, т. е. (A -f У) комбинации а. Второй микрофон ком­
бинации г, ориентированный осью минимальной чувствительности на центр зв у ­
кового поля, эквивалентен по действию разности действий микрофонов А и У.
т. е. (А— У) комбинации а, в комбинациях д vl е микрофоны «кардиода» и
«круг», направленные на центр звукового поля, соответственно равноценны по
действию сумме микрофонов А и У, т. е. (A -f У) в комбинациях б и в, а микро­
фоны с «восьмёрочной» характеристикой в комбинациях д и е—разности А и У,
т. е. (А— У) в комбинации б и в. Аналогично, подвергнув суммарно-разностному
преобразованию сигналы, получаемые от микрофонов в комбинациях г, д vl в,
получим результаты, соответствующ ие комбинациям микрофонов первого столбца.
Комбинации микрофонов, используемых в системе М 5, представлены в
третьем столбце. Они идентичны комбинациям второго столбца. К огда сигналы
М и 5 в каж дой из этих комбинаций подвергаю тся сумм арно-разностному пре­
образованию , то превращ аю тся в стереофонические сигналы, соответствующ ие
левой и правой сторонам звукового поля, и комбинации микрофонов третьего
столбца становятся равноценными соответствующим микрофонным комбинациям
четвёртого столбца, который, в свою очередь, повторяет первый столбец.
Таким образом, информацию М всегда можно представить как сумму ин­
формаций (A - f У), а 5 — как разность этих ж е информаций (А— У) в си­
стеме А У.
Разновидности систем стереофонической звукопередачи
М ногомикрофонная система А В
Стереофоническую звукопередачу по системе А В возмож но осуществить не
только с двумя, но и с несколькими микрофонами. Аналогично монофонической
звукопередаче, когда акустически разделённые меж ду собой группы инструмен­
тов или д аж е отдельные инструменты исполнительского ансамбля имеют свои,
достаточно близко расположенные к ним микрофоны, и в стереофонической зв у ­
копередаче возможно уменьшить влияние ф азовы х соотношений меж ду сигна­
лами отдельных микрофонов. Это обеспечивается достаточным акустическим
разделением отдельных источников звука и соблюдением основного принципа —
звуки от какого-либо источника звука долж ны восприниматься преимуществен­
но одним микрофоном какого-либо из каналов или двум я микрофонами обоих
каналов в случае, когда источник звука долж ен заним ать места в пространст­
венной звуковой картине, отличные от крайних. Блок-схема такой звукопереда­
чи А В отличается от приведённой на рис. 13 для системы А В с одной парой
микрофонов тем, что к каж дом у каналу подключают соответствующее количе­
ство микрофонов с самостоятельным регулированием усиления в цепи каж дого
из них. Д л я размещ ения солиста в центре звуковой «картины» близко от него
(от 0,4 до 1 м) устанавливаю т два микрофона на небольшом расстоянии друг
от друга (иногда меньше 2 0 см)\ исполнитель долж ен восприниматься микрофо­
нами с одинаковой интенсивностью; если источник звука по своему характеру
звукоизлучения мож ет быть передан «псевдостереофонически», то микрофон, на­
ходящ ийся перед ним, мож ет быть подключён одновременно к левому и правому
каналам .
26
Д. Я. Г а кли н
М ногомикрофонная система X Y
При передаче одновременного звучания солистов, хора и оркестра по си­
стеме X Y иногда бывает невозможно добиться нужного баланса и правильных
тембров всех компонентов «звуковой картины», пользуясь одной парой микро(^•онов (или одним сдвоенным микрофоном); следует учитывать, что применение
хотя бы ещ ё одной дополнительной пары микрофонов вы зы вает трудности из-за
возмож ности приёма прямых и отраж ённых звуковы х волн от одного и того ж е
источника звука со стороны противоположных лепестков «восьмёрочных» х а ­
рактеристик направленности микрофонов и, следовательно, в противоположных
ф азах. При применении нескольких пар микрофонов простейшим способом со­
хранения относительных направлений отдельных источников звуков в общей
звуковой картине является расположение всех спаренных микрофонов в пло­
скости симметрии звукового поля.
Смешанная система А В и X Y
(б ез суммарно-разностного преобразовани я)
Ш ирокое распространение в отечественной стереофонии получило одновре­
менное применение этих систем; в смешанной системе возмож но: а) уравнять
интенсивности звукопередачи источников звука, находящ ихся на краях и в
центре сценической площ адки; б) увеличить расстояние меж ду микрофонами,
относящ имися к системе А В. Выбор расстояния меж ду ними становится не так
критичен, как в однопарной системе А В , так как в смешанной системе опасность
скачка звука от одного громкоговорителя к другому значительно уменьш ается
вследствие действия сдвоенного микрофона системы X Y , располагаемого посре­
дине площ адки. Следовательно, компенсируются недостатки каж дой из систем
в отдельности.
В смешанной системе угол звуковосприятия как бы увеличивается. В левый
кан ал включаются микрофоны Л и А; в правый — В и Е — «звуковое и зображ е­
ние» расш иряется.
Система M S с несколькими одиночными микрофонами
В системе
в результате разделения стереофонического сигнала на со­
ставляю щ ие М и 5 существует возмож ность включения одиночных микрофонов.
Рис. 25. П ринципиальная схема вклю чения одиночного .микрофона в
систему M S:
Р У — регулятор ур о вн я, P H — регулятор направления
Составляющие
ных микрофонов к
ночного микрофона
лирующего звена,
М получаются при непосредственном подключении одиноч­
соответствующ ему каналу. С оставляю щ ие S от каж дого оди­
получаются искусственно, включением дополнительного регу­
показанного на рис. 25.
27
Стереофоническая звукопередача
Все составляю щ ие М объединяю тся в один звуковой канал, а составляю ­
щие 5 — в другой.
Д виж ение источника звука имитируется регулятором направления PH. К ог­
д а регулятор находится в верхнем (по схеме) положении, напряж ение в к а н а ­
л е S имеет ту ж е величину и ф азу, что и в канале М \ при среднем п олож е­
нии регулятора напряж ение в канале 5 равно нулю, а при нижнем положении
оно равно напряжению в канале М , но противоположно ему по фазе.
Применение мостовой схемы (без трансф орм атора) даёт подобные ж е ре­
зультаты .
Системы
С
двукратным преобразованием информации
Р анее были рассмотрены системы стереофонической звукопередачи А В и X Y
без каких-либо преобразований информаций и система M S с однократным сум­
марно-разностным преобразованием информации. Существуют системы с д в у ­
кратным суммарно-разностным преобразованием; они являю тся разновидностя­
ми систем А В и X Y . Одно преобразование можно осуществить при передаче,
а другое — при приёме; мож но оба преобразования произвести и при передаче.
О ба указанны х способа преобразования информаций имеют различное п ракти­
ческое применение.
1
т
СРП1
(А^В)
X-Y) ■
'А-В)
fx-y)
1
т
_..г-— 1
_
Е н ан ал
■<1
о
ш )
Рис. 26. В лок-схем а звукопередачи с двукратным преобразованием ин­
ф ормаций по системам А В и X Y
Блок-схема звукопередачи по системам Л Б и АК с двукратны м преобразо­
ванием информаций показана па рис. 26.
После первого суммарно-разностного преобразования {СРП1) по первому
каналу передаётся сумма сигналов, воспринимаемых микрофонами ( Л + Б или
A -f К), а по второму — разности тех ж е сигналов. Таким образом, первый к а ­
нал содерж ит в себе полноценную монофоническую информацию. Д л я получения
стереофонического сигнала (при приёме) производится второе сумм арно-разност­
ное преобразование передаваемых по каналам информаций, после чего восста­
навливаю тся информации воспринятые микрофонами Л, А и Б , Y. Это нетрудно
увидеть, произведя действия
сложения
и вычитания:
( Л - f Б ) - f ( Л —В ) и
(А Л -В )-(А -В ),
Система с электрическим регулированием акустической
ширины и направленности зв у к а
в симфонический оркестр включаются группы инструментов, имеющие р а з­
личные зоны «протяжённости» звучания в горизонтальной плоскости. Н апри ­
мер, группа скрипок заним ает почти половину ширины всего оркестра, а от­
дельные солирующие инструменты оркестра имеют довольно узкий фронт излу­
чения. П ередача правильных соотношений «протяжённости» компонентов зв у ­
чания является одной из главных целей стереофонической звукопередачи. Аку­
стическая ширина передаваемой звуковой картины регулируется выбором р ас­
стояния м еж ду микрофонами (в системе А В ) , степенью отдалённости их от
источников звука, направленностью осей их максимальной чувствительности и
28
Д . И. Г а к ли н
выбором их характеристик направленности. О днако акустическую ширину м о ж ­
но регулировать и электрически. Д л я этого применяется система с двукратным
суммарно-разностным преобразованием информаций Л и П , воспринятых соот­
ветственно левым и правым микрофонами. Оба преобразования осуществляю тся
при передаче. Блок-схема электрического регулирования акустической ширины
в общем виде приведена на рис. 27, где P i и Рг — регуляторы в каналах, от
действия которых коэффициенты Ki и
изменяются в пределах от О до 1;
Л ' и П ' — преобразованны е информации. При K i = K 2 = l происходит стереофо­
ническая звукопередача, акустическая ширина «изображ ения» которой опреде­
ляется расположением микрофонов и громкоговорителей.
«
а
f
1
i
ГГ\
1Л-П)Кг
СРП1
+
• /7'
СРП2
-f
ии
./7 '
Рис. 27. Блок-схем а звукопередачи с электрическим регули р о ва ­
нием акустической ширины (в обилием вид е)
При К\ = 1 и 7(2 = 0 (монофоническая звукопередача по обоим каналам
суммарной информации Л + П ) акустическая ширина становится равной нулю.
При 7Ci<l происходит относительное расширение, а при К2<1 — суж ение
«звукового изображ ения».
-Л '
РШН
Рис. 28. Б лок-схем а звукопередачи с электрическим регулированием акусти­
ческой ш ирины и на правления
При электрической регулировке по схеме рис. 28 становится возможным
не только суж ать, но и смещ ать получаемое «звуковое изображ ение» в ту или
другую сторону. К ак видно из рисунка, меж ду первым и вторым сум м арно-раз­
ностными преобразователями включён регулятор акустической ширины и н а­
правления (Р Ш Н ). Сигналы левого канала не претерпевают каких-либо изме­
нений в РШ Н. Коэффициент передачи сигналов в правом канале Ki мож ет ре­
гулироваться в пределах от О до 1. Коэффициент передачи К 2 сигналов левого
канала, добавляем ы х в правый канал, мож ет регулироваться в пределах от О
до - f l , но напряж ения добавляем ы х сигналов могут быть при этом изменены
по ф азе на 180°. Рассмотрим изменения результирующих информаций на выхо­
де схем Л ' и Н ' в зависимости от значений коэффициентов К\ и /Сг.
Стереофоническая звукопередача
29
1. Случай /( 2= 0 . При Ki = 0 информация Л '= П '= Л + П ; при прослуш ива­
нии звук будет казаться исходящим из середины «базы» с акустической ш ири­
ной, равной нулю, — это соответствует монофонической звукопередаче по двум
каналам . При K i= l произойдёт нормальная стереофоническая звукопередача,
так как в этом случае Л '= 2 Л , а Я '= 2 Я . Следует учитывать, что регулировка
Ki изменяет акустическую ширину от нуля до максимума, ограниченного рас­
стоянием меж ду громкоговорителями, другими словами, регулируя К и можно
лишь суж ать акустическую ширину.
2. Случай K i= 0 . При /( 2 = 1 информация Я ' = 2 ( Я 4 -Я ), а Я '= 0 , т. е. моно­
фоническое звучание исходит из левого громкоговорителя. При /( 2 = 1 и измене­
нии фазы добавленных напряжений на 180"^ информация Я '= 0 , а П '= 2 { Л + П )
и монофоническое звучание исходит из правого громкоговорителя. С ледователь­
но, регулировка величины К 2 сдвигает «звуковое изображ ение» в сторону л е ­
вого или правого громкоговорителя.
Регулятор акустической ширины и направления зв ук а
в системе M S
Он ж е применяется для системы X V с двукратны м преобразованием инф орма­
ций. Регулятор представляет собой мостовую схему (рис. 29), на вертикальную д и а­
гональ которой подаётся сигнал М (точки б и г), а на горизонтальную — 5 (точ­
ки а и в ). При системе X V переклю чатель Я переводится в положение X V и
тем самым микрофоны X V подключаются соответственно на две соседние ветви
моста (точки аг и аб). В обоих случаях на вертикальную диагональ подаётся
сигнал М или X + V , а на горизонтальную 5 или X — V. Горизонтальная ди аго ­
наль моста в большей или меньшей степени шунтируется сопротивлением /?i, и
потому изменяется напряж ение 5 или X — V, приклады ваемое к этой диагонали.
При 5 = 0 (горизонтальная диагональ моста полностью заш унтирована) сум­
марно-разностное преобразование сигналов на выходе схемы (на рис. 29 не по­
казано) д аёт для обоих каналов одинаковый результат М, что соответствует
монофонической звукопередаче, слышимой из центра «базы», или акустической
ширине, равной нулю. Таким образом, сопротивление /?i регулирует акустиче­
скую ширину.
Регулятор направления Р 2 имеет два движ ка, ж ёстко скреплённых м еж ду
собой и всегда контактирующих с противоположными точками схемы мосга.
О ба дви ж ка могут поворачиваться на 360°, так что к выходу схемы могут
подводиться сигналы
или — М и 5 или —5 , а такж е их сочетания. П оворот
на 360^ позволяет в случае необходимости получить зеркальное отражение сто­
рон звуковой картины. Следует всегда иметь в виду, что и в этом случае м ак­
симальная акустическая ширина определяется величиной «базы» и при действии
регулятора Pi она м ож ет только уменьшаться.
Н а рис. 30 в различных строках показано воздействие регуляторов Pi и Р 2
на «звуковую картину», ограниченную слева и справа источниками звука А и
В. В строке 1 показана «звуковая картина» с максимальной акустической ш и­
риной, регулятор Р 2 находится в среднем положении, а сопротивление P i м ак ­
симально. Строки 2 и 3 показы ваю т действие регулятора Pi. При полностью
введённом регуляторе P i (сопротивление P i= 0 ), пользуясь регулятором /? 2,
можно получить перемещение звука, показанное в строках 13— 18. С оответ­
ственно, пользуясь регуляторами Pi и Р 2 , можно получить любое из простран­
ственных расположений «звуковой картины», показанных в строках 4— 12.
Угол стереофонического звуковосприятия системы M S регулируется изме­
нением величины напряж ения, снимаемого с микрофона S. Чем оно больше, тем
больше угол звуковосприятия. В рассмотренных случаях предполагалось, что
величины напряжений М и S равны друг другу при отклонении источников
звука на —90^^ или -f 90° от плоскости симметрии звукового поля. Если сделать
д. и.
30
Г а к ли н
S > М, то источники звука, имеющие небольшой угол отклонения от плоскости
симметрии звукового поля, будут воспроизводиться значительно слабее, чем
источники звука с большим углом отклонения. К тому ж е при каком-то крити­
ческом угле отклонения, который тем
меньше, чем S > M , кроме звуков
громкоговорителя
соответствующей
А '1
I
I
стороны, к слуш ателю придут эти ж е
звуки от другого громкоговорителя,
но в обратной фазе. П олучающ иеся
своеобразные звучания могут быть
использованы для создания специаль­
ных эффектов в звукопередаче.
iL . .l . 1 . 1
5
Al I I I
I I |g
A
6
7
i t j
:i 1 1 1 h
8
9
g f .l 1 1
li.h
10
11
Ai I г г г п т
12
13
15
15
16
17
18
A
Рис. 29. П ринципиальная
схема регулятора и и р п ны и направления п р и
работе по системам M S
и XY
1
I
A
Puc. SO. Граф ическое изображ ение
действия регулятора ш ирины и на ­
пр а влен и я
Переходное затухание между каналами стереофонической
звукопередачи при нестабильности усиления каналов
К ак известно, величина проникания сигналов, передаваемых через один из
каналов стереофонической звукопередачи в другой, определяет переходное з а ­
тухание меж ду каналам и.
В системах с двукратны м преобразованием информаций, т. е. (А + К )/(Х — К)
и ( Л + Б ) / ( Л —Б ), взаимопроникновение из одного к анала в другой увеличивает­
ся, если коэффициент передачи в каналах, по которым передаю тся инф орма­
ции, нестабилен. Действительно, напряж ения на входе второго суммарно-разно-
Стереофоническая звукопередача
31
стного преобразователя (рис., 26) соответственно равны /С (Л + Б ) и К ( А —Б ) ,
где К — коэффициент передачи. Если в первом канале этот коэффициент
возрастёт на А/(, то напряж ения на том ж е входе С РП станут равны
(К + А К ) • ( Л + Б ) и К (А —Б ) ; на выходе этого ж е СРП в первом канале будет
{К + А К )* (А + В )А -К (А — В ) = А (2 К + А К )+ А К В \ в о втором канале соответствен­
но будет получено напряж ение ( /( + А К ) * ( Л + Б ) — К (А — В ) ^ В { 2 К + А К ) + А К А ,
Таким образом, вредное взаимопроникновение сигналов из одного к анала в
другой будет характеризоваться величиной А К В — из второго канала в первый и
АКА — из первого канала во второй.
Совместимость двухканальной стереофонической звукопередачи
с монофонической
Совместимость в системе А В (с одной парой микроф онов)
Суммирование информаций, заключённых в каналах Л и В , мож ет д а ть
представление о передаваемом звучании при монофоническом прослушивании.
Однако вследствие различного расстояния от источника звука до каж дого из
микрофонов фазы напряжений в каналах Л и Б не будут совпадать, за исклю­
чением случая, когда источник звука расположен точно посредине меж ду мик­
рофонами. П оэтому при прослуш ивании суммированной информации Л + Б мо­
гут обнаруж иваться заметны е провалы на отдельных частотах, когда ф азы н а ­
пряжений в каналах Л и Б противоположны друг другу или заметно сдвинуты
меж ду собой, либо совпадаю т. Таким образом, суммирование выходных н апря­
жений обоих каналов во всём диапазоне частот без искажений не получается.
О днако практически выявлено, что если обеспечить правильное суммирование
напряжений на самых низких частотах, то искаж ения в остальном диапазоне
частот, вызываемое изменением фазовы х соотношений, мало ощутимы на слух.
Это условие выполняется, если микрофоны располагаю тся не дальш е 1,5— 2 м
друг от друга и соблюдаются технические требования к стереофонической зв у ­
копередаче." Соблюдение этих требований и является условием получения сов­
местимости для системы А В .
Совместимость в системе X Y
При данной системе так ж е, как и в системе А В , для монофонического про­
слушивания надо использовать сумму информаций обоих каналов X -\-Y , под­
ключив громкоговоритель к последовательно соединённым выходам обоих к а ­
налов; так как в данной системе фазовы е различия при приёме одного звука
двумя микрофонами отсутствуют, то суммирование выходных напряжений к а н а ­
лов во всём диапазоне частот не представляет трудностей. Н еобходимо лиш ь
соблюсти правильную полярность при включении микрофонов и соединении
меж ду собой каналов, а так ж е иметь достаточно близкие ф азовы е х арактери ­
стики обоих каналов; таким образом, в однопарной системе X Y совместимость
достигается легко. В многомикрофонной системе необходимо ещ ё устранить
возмож ность приёма одних и тех ж е звуковы х волн различными микрофонами
одного канала в разных или д аж е в противоположных ф азах (вследствие на­
личия расстояния меж ду сдвоенными микрофонами) или одним и тем ж е мик­
рофоном, но со стороны противоположных лепестков восьмёрочной характери ­
стики его направленности. При соблюдении указанны х условий многопарную си­
стему X Y следует считать более совместимой, чем однопарную систему А В .
Совместимость в системе M S
В этой системе монофоническое прослуш ивание обеспечиваедся подключе­
нием громкоговорителя к каналу М , в котором заключена информация о всём
звуковом поле. О днако не следует забы вать, что в многомикрофонной системе
32
Д . И. Г а клин
M S, как и в обычной монофонической звукопередаче, два сдвоенных микрофона
системы M S, находящ иеся на определё,нном расстоянии друг от друга, могут
воспринять один и тот ж е звук в противоположных или в разных ф азах (что
мож ет быть заметным при прослуш ивании). В результате информация к а н а ­
л а М мож ет оказаться искажённой.
Естественно, что все требования к стереофонической звукопередаче долж ны
быть выполнены. В принципе система M S является совместимой в такой ж е сте­
пени, как и система XY.
ДВУХКАНАЛЬНАЯ СТЕРЕОФОНИЧЕСКАЯ ЗАПИСЬ
Опыт показал, что стереофоническое радиовещ ание наиболее целесообраз­
но осуществлять путём воспроизведения ранее изготовленных стереофониче­
ских звукозаписей. Упрощённая блок-схема двухканальной стереозаписи и её
воспроизведения в общем виде представлена на рис. 31.
а
а
>
>
-
А
1
lJ
нУЗ^
и гз^
-
>
ЕШ-О
АА
о
Рис. 31. У прощ ённая блок-схем а д вухканальной стереозаписи и её воспро­
и зведения
Тракт записи: звуковы е колебания от микрофонной системы 1, усиленные
усилителями 2 обоих каналов и регулируемые индивидуальными или спаренны­
ми регуляторами 3, подаю тся на усилители 4 в каж дом из каналов и через
спаренные (общие) регуляторы уровней последовательно к усилителям и го­
ловкам записи (УЗ и Г З ) магнитофона; параллельно электрические колебания
подаются, к индикаторам уровня (ИУх и И У 2 ) и к громкоговорителям 9, при
помощи которых осущ ествляется слуховой контроль записываемой звуковой
картины. При использовании нескольких пар микрофонов долж ен быть приме­
нён микшерный пульт на соответствующее количество микрофонных входов.
Тракт воспроизведения записи: напряж ения, снимаемые с головок воспроиз­
ведения 6 (ГВ) и усиленные усилителями 7 (У В), подаю тся через регуляторы 8
на громкоговорящ ее устройство 9. В качестве носителя записи применяется
магнитная лента шириной 6,25 мм. В отечественной стереофонии для фиксации
на дорож ках магнитной ленты выбраны информации, характеризую щ ие левую
и правую части звукового поля вне зависимости от избранной системы звукопередачи (ЛВ, ХУ "или M S ), т. е. записываю тся информации типа A IB , X /Y ,
(М -j-S) / (М—S ) .
Запись суммарно-разностных информаций типа ( X + Y ) / ( X — У), ( Л + 3 ) / ( Л —В)
и M S следует считать нецелесообразной, так как она не обеспечивает совмести­
мости стереофонических и монофонических магнитофильмов. Совместимый сте­
реофонический магнитофильм при воспроизведении его на обычном монофони­
ческом магнитофоне долж ен обеспечить нормальное монофоническое звучание.
Н а рис. 32 показано расположение дорож ек записи на ленте, нормализованное
ГОСТ 8088—56. Н а этом рисунке обозначены дорож ки, на которых следует з а ­
писывать левую и правую части звукового поля. Чтобы ослабить взаим опро­
Стереофоническая звукопередача
33
никание из канала в канал, расстояние меж ду дорож ками записи выбирают
около 1,45 мм.
Если ленту с такой стереофонической записью воспроизводить с монофони­
ческого магнитофона, то ш ирокая воспроизводящ ая головка последнего проч­
тёт сумму магнитных потоков обеих дорож ек стереомагнитофильма с лево­
правыми информациями и слуш атель получит представление обо всём зву ко ­
вом поле. Это — первое условие сов­
местимости. Кроме данного основного 2-ядор.
условия совместимости стерео- и мо- правый
номагнитофильмов, необходимо обес- канал
печить равенство скоростей движ ения 1-ядор у
ленты во время записи обоих типов пеВый '
магнитофильмов и равенство их уров- канал
ней. П оследнее условие удаётся выполнить, увеличивая почти в 1,6 р аза
Располож ение дорожек д вухнамагниченность ленты со стереомагканальной стереофонической записи на
нитофильмом по сравнению с лентой,
магнитной ленте
несущей монофоническую запись. Эго
приводит к соответствующ ему в о зр а­
станию в стереофильмах нелинейных искажений. Соблюдение всех указанны х
в этой и предыдущей главе условий совместимости дало возмож ность в отече­
ственной практике звукозаписи производить только один вариант записи — сте­
реофонический — и пользоваться им так ж е и для монофонического радиовещ ания
и обычного выпуска грампластинок. О днако в вопросе о совместимости стереои мономагнитофильмов есть немало тонкостей и проблем, к обсуждению кото­
рых целесообразно вернуться после рассмотрения вопроса о звуковом образе
Б стереовоспроизведении.
Звуковой образ в стереофоническом воспроизведении.
Его формирование
Изучив худолсественный материал для стереофонической звукозаписи, зв у ­
корежиссёр в зависимости от творческого восприятия Данного художественного
произведения и, следовательно, от того, как он его «слышит», создаёт планпередачи звукового образа во всё,м его многообразии. Н амечаю тся акустические
планы звучания различных групп инструментов и исполнителей (близкий, сред­
ний и дальний и т. д .), а так ж е и реверберационная окраска различных эл е­
ментов образа по эпизодам. С оставляется план размещ ения различных источ­
ников звука и их групп в звуковой картине с учётом воздействия на слуш ате­
ля направлением приходящих к нему звуков.
Н амечаю тся соотношения меж ду акустической шириной звучания различ­
ных компонентов звуковой картины и шириной всей картины. (Естественно, что
ширина звукового образа всегда будет ограничена величиной «базы» в поме­
щении, где осущ ествляется слуховой контроль записи.)
Н азовём всё, над чем работает звукорелщ ссёр перед тем, как начать з а ­
пись, составлением звукорежиссёрского плана записи. В основе поисков средств
для задуманного звукового образа записи леж ит звукорежиссёрский план.
В результате осуществления звукорежиссёром намеченных планов зву ча­
ния какая-то группа источников звука займёт центр звуковой картины, какие-то
источники звука окаж утся на её краях и т. д. Звуковой образ формируется не
только путём соответствующего расположения источников звука в студии, но
и путём выбора соответствующих технических средств, например, определённых
систем записи, подачи звучаний определённых источников звука на тот или
иной канал. В процессе записи исполнителем совместно с звукорежиссёром оп­
ределяются громкостные соотношения внутри звукового образа меж ду отдель3 -2 8 3
34
Д . И. Г а клин
ными его компонентами, т. е. баланс в звучании, который н аряду с другими
качествами исполнения, уж е не зависящ ими от звукопередачи, имеет большое
значение при создании выразительного звукового образа.
Проблемы совместимости двухканальной стереофонической
записи с монофонической
Одним из условий совместимости является равенство уровней при стереои монопередаче. Наличие промеж утка меж ду дорож кам и стереомагнитофильма
требует увеличения его удельной намагниченности для того, чтобы с его обеих
дорож ек получить такой ж е остаточный магнитный поток, как с монофоническо­
го магнитофильма.
Кроме того, ф азовы е расхож дения меж ду сигналами в стереоканалах могут
привести к уменьшению общего уровня по сравнению с арифметической сум­
мой сигналов двух дорож ек.
П о действующему в настоящ ее время стандарту максимальный магнитный
поток, снимаемый с магнитофильма, долж ен быть равен 160 ммкс. Это о зн а­
чает, что при использовании существующих отечественных типов лент в стереомагнитофильме уж е залож ены нелинейные искаж ения порядка 3% .
Кроме равенства максимальных уровней, о котором шла речь выше, сле­
дует различать равенство уровней при стерео- и монопередаче отдельных источ­
ников звука, различно расположенных в пространстве.
В начале рассмотрим случаи, когда это требование равенства уровней соб­
лю дается без особого труда:
1 ) центральное расположение источника (или источников) звука в звуко­
вой картине;
2 ) симметричное расположение относительно центра звуковой картины от­
дельных или многих источников звука с равной звуковой отдачей и одновремен­
ным их действием.
К ак известно, громкость обоих громкоговорителей при передаче централь­
ного источника звука долж на быть одинакова. Следовательно, если к а ж д ая из
дорож ек ленты в данном конкретном случае намагничена полностью, то цент­
ральный источник звука будет представлен двойным магнитным потоком — о д ­
ной и другой дорож ек. Следовательно, равенство уровней стерео и моно будег
сохранено.
Т акж е двойным магнитным потоком и одной и другой дорож кам и будут
представлены отдельные или многочисленные источники звуков с равной зву ­
ковой отдачей и одновременным их действием, если расположение их симмет­
рично относительно центра звуковой картины. При передаче оркестрового, так
называемого tu tti, т. е. звучания всех инструментов оркестра, уровни обоих к а ­
налов долж ны быть одинаковыми и обе дорож ки могут быть полностью н а ­
магничены, при условии симметричного расположения всех групп оркестра.
Размещ ение источника звука на краю звуковой картины означает, что этот
источник представлен магнитным потоком только одной из дорож ек ленты и
соответственно меньшим электрическим напряжением на выходе монофониче­
ского магнитофона, чем центральный источник звука. Если, например, д о р о ж ­
ка намагничена полностью, то разница уровней составит около 6 дб.
По мере приближения источника звука от края к центру звуковой картины
уреличивается намагниченность второй дорож ки и увеличивается суммарный
магнитный поток, представляю щ ий данный источник звука.
По указанным выше причинам, моновоспроизведение стереозаписи с резкой
локализацией неодновременно действующих источников звука приводит к по­
нижению среднего уровня передачи. И з сказанного ясно, что при краевом или
отличном от центрального расположении источников звука равенство уровней
мож но обеспечить лиш ь с той или иной степенью приближения.
Стереофоническая звукопередача
35
Заметим, что, говоря в дальнейшем о громкости, иногда будем подразум е­
вать уровень, ей соответствующий, и наоборот.
Громкостные соотношения в стереофонической картине склады ваю тся из
соотношений громкостей звучания различных и различно расположенных источ­
ников звука. Эти соотношения громкостей в звуковой картине и представляю т
собой так называемый баланс в звучании.
В данной стереофонической записи баланс в звучании мож ет вполне у д о в ­
летворять слуш ателя. А какими могут оказаться громкостные соотношения в
монофонической звуковой картине, полученной путём сложения обоих каналов
этой ж е стереофонической записи?
С казанного ранее о сохранении уровней при передаче источников звука с
краевым и центральным расположением достаточно, чтобы заключить, что на­
рушения в соотношениях уровней при моновоспроизведении этой записи не­
сомненно будут иметь место. Следовательно, при моновоспроизведении стерео­
записи мож ет оказаться иной баланс в звучании, иные планы звучания, иные
градации нюансов.
Таким образом, в совместимости по уровням следует различать две сторо­
ны вопроса, являю щ егося основной проблемой совместимости:
а) техническую, которая сводится к получению необходимого максим аль­
ного выходного уровня при моновоспроизведении (в нашем случае, при работе
на ленте типа 6 — соответствующего остаточному потоку 160 ммкс) при при­
близительном сохранении существующих технических параметров мономагнитофильма;
б) художественную, являю щ ую ся следствием той или иной степени точно­
сти сохранения равенства уровней в стерео- и моновоспроизведении при переда­
че различно расположенных источников звука.
Х удож ественная совместимость — это возможность воспроизведения зап и ­
си в монофоническом реж име с сохранением основных художественных д о ­
стоинств звучания, которые могут быть переданы средствами монофонии: б а­
ланса в звучании, акустической атмосферы и планов звучания, нюансов и их
градаций, т. е. как раз тех качеств звучания, которые могут подвергнуться и з­
менениям из-за несохранения соотношения уровней, о чём ш ла речь несколько
выше.
Прослуш ивание является основным способом оценки совместимости стерео­
магнитофильма. Оно позволяет определить, насколько значительны изменения
в монофонической звуковой картине в худож ественном смысле, вызванные и ска­
жением соотношений уровней при моновоспроизведении стереомагнитофильма.
Кстати, высказанное мнение о примате художественного прослуш ивания
поддерж ивается в выводах акустической лаборатории [6 ] радио и телевидения
Франции (РТФ ) в связи с работами по исследованию стереофонического мето­
да, произведёнными для Европейского Союза по радиовещанию и отдела экс­
плуатации РТФ . Работы велись систематически в течение трёх лет. По поводу
прослуш ивания они говорят следующее: «Результаты технического прослуш ива­
ния, полезность которого несомненна, долж ны использоваться в зависимости от
впечатлений художественного прослушивания».
П од техническим прослуш иванием (в монофонии) понимают прослуш ива­
ние, отраж аю щ ее различные параметры тракта низкой частоты (частотная х а ­
рактеристика, нелинейные искаж ения и т. д .); при стереофонии — прослуш и­
вание, определяю щ ее локализацию , т. е. направления приходящ их к слушателю
звуков.
П рослуш иванием можно обнаруж ить и другие дефекты, связанные с невы­
полнением некото(рых технических требований к совместимой звукопередаче, н а­
пример сохранение одинаковой полярности в звеньях тракта звукопередачи.
И меет смысл проверять совместимость в процессе записи. Тогда еще воз­
можно устранить замеченные в «условном» суммарном к анале громкостные «пики»
или «провалы», искаж аю щ ие звуковую картину. (Д остигается эго изменением
расположения микрофонной системы относительно источников звука.)
3*
36
д. и.
Г а клин
При соблюдении технических условий совместимости в электрической части
искажения звуковой картины могут оказаться, к ак известно, и результатом не­
благоприятного расстояния меж ду микрофонами (в системе Л Б ), их характери­
стик направленности (в системе Х К). и соответствующих акустических условий,
в которых происходит звукопередача.
Крайне ж елательно иметь возможность объективно (по индикатору уровня)
устанавливать «совместимость» по уровням стереомагнитофильма и его моно­
фонического воспроизведения. Объективный контроль долж ен обеспечить возм ож ­
ность одно<временного измерения уровней в обоих каналах, а такж е и общего
уровня обоих каналов.
К аж д ая запись в процессе её осуществления и по окончании работы по её
монтаж у долж на прослуш иваться и в стерео- и в моновоспроизведении.
Следовательно, в процессе записи долж на быть применена схема ком м ута­
ции, обеспечивающая стерео- и монопрослушивание производимой записи. М оно­
прослуш ивание долж но происходить на один громкоговоритель с той ж е гром­
костью, что и стерео.
П рактика звукорежиссёрской работы Г Д Р З по достижению совместимости
показывает возмож ность при несколько компромиссном звукорежиссёрском плане
записи добиться в ряде ж анров достаточно высоких художественных результатов.
В таких магнитофильмах разница меж ду арифметической суммой напряжений
каналов и общим напряжением, снимаемым со стереофильма при его монопрочте­
нии, колеблется от 0,4 дб до 2
в худш их случаях. В большинстве случаев п аде­
ния уровня вследствие фазовы х явлений может быть доведено до 0 ,3 ^ 0 ,4 дб,
с которыми практически можно не считаться.
Компромиссный звукорежиссёрокий план записи учитывает интересы моно­
воспроизведения, подчас несколько ж ертвуя резкой локализацией. Д о казател ьст­
вом реальности такого плана являю тся многочисленные стереофонические магннтофильмы, которые переписаны и на монофонические и на стереофонические
грампластинки с высоким качеством звучания в обоих случаях. Вполне правиль­
ные выводы делает акустическая лаборатория РТФ [6 ], утверж дая, что «целью
стереофонического эффекта является создание в помещении прослуш ивания впе­
чатления реальности».
Возможность распознавания местонахождения и уточнения
направлений
источников звука несомненно заинтересует слушателей при первом знакомстве с
новым методом (т. е. стереофоническим звуковоспроизведением). О днако это бы­
стро надоест, и будут оценивать передаваемые звуки по внутренним переж ива­
ниям, которые они вызывают [4].
Приведём несколько примеров того, что следует учитывать при составлении
такого компромиссного плана:
1) Не располагать источники звука на краю звуковой картины, если они
имеют индивидуальное значение в данном произведении.
Солирующий инструмент, расположенный на краю звуковой картины при
расположении аккомпанирующих инструментов по всему фронту звучания, в мо­
новоспроизведении может оказаться голосом в оркестре, а некоторые аккомпани­
рующие инструменты по громкости и по характеру звучания могут оказаться на
первом плане. Это особенно недопустимо в произведениях, где баланс в зву ча­
нии по своему существу является критичным, к а к например, в партитурах М о­
царта или Бетховена.
2 ) Перемещение источника зву ка от края к центру звуковой картины (при
осуществлении эффекта его приближения к слушателю) в моновоспроизведении
мож ет оказаться особенно удачным.
3) Размещ ение на краях звуковой картины источников звука, представляю ­
щих собой часть группы однородных источников звука, выполняющих одну и ту
ж е художественную задачу, как, например, группа
скрипок или виолончелей,
не повлечёт в монофоническом воспроизведении существенных изменений в б а­
лансе, если указан ная группа стереофонически передана достаточно протяжённой
по фронту.
Стереофоническая звукопередача
37
При передачах источников звука, расположенных и по центру звуковой к ар ­
тины и по её краям, следует стремиться, применяя соответствующие средства
(хотя бы удаление центральных источников звука от микрофонов), к уменьшению
разницы в суммарных уровнях, характеризующ их указанны е источники звуков.
При использовании стереофильмов в монофоническом радиовещании впере­
меж ку с монофильмами первые оказываю тся в неблагоприятных условиях в слу­
чае несовместимости их по максимальным выходным и средним уровням. Поэтому
лучше составлять млнопрограмму так, чтобы стерео- и монофильмы не переме­
жались.
К аковы ж е пути развития техники совместимой записи?
М ногоканальная запись на широхсй ленте несомненно разреш ила бы все про­
блемы создания совместимой записи (правда, понятие совместимости долж но
быть в этом случае переформулировано), так как дал а бы возможность в моно­
варианте путём «подсзеточных» каналов получать уровень краевы х и смещённых
от центра источников звука вполне соизмеримым с уровнем центральных источни­
ков, и, следовательно, проблемы уровней могут быть решены.
В качестве решения проблемы совместимости уровней можно такж е предло­
ж ить запись «с узкой базой», а воспроизведение её при достаточно широко р ас­
ставленных громкоговорителях.
Выбор помещений и систем для записи
Выбирать помещения для стереофонической записи следует из тех ж е сооб­
ражений, что и для монофонической, т. е. во их объёму и акустическим свойст­
вам. Выбор помещений и систем записи взаимосвязаны. Если для записи произве­
дения с данной фактурой по намеченному звукорежиссёрскому плану избрана
многомикрофонная система А В (или смеш анная) с акустическим разделением
различных источников звука, или их групп, то выбранное помещение долж но быть
достаточно большого объёма, чтобы такое разделение могло быть физически
осуществлено. Если звуковой образ содерж ит большие громкости отдельных
источников звука, то применять системы X Y с микрофонами, имеющими восьмёрочные характеристики направленности можно лишь в больших помещениях, где
отраж аю щ ие поверхности достаточно отдалены от месторасположения системы
микрофонов. В ином случае в микрофон могут попасть не только прямые звуки,
но и отражённые, в противофазе с прямыми.
М икрофонные системы выбирают и с учётом возможности компенсации не­
оптимальных акустических условий помещения, в котором производится запись;
при недостаточной реверберации следует применять микрофоны с восьмёрочной
характеристикой направленности в системе АЕ, при излишней реверберации —
микрофоны с кардиоидной характеристикой.
В настоящ ее время в результате накопления достаточного опыта записи по
всем системам имеется основание утверж дать, что из однопарных микрофонных
систем предпочтение долж но быть отдано системе А В (при расстоянии меж ду
микрофонами системы, приближающ емся к 20—25 см, которое является, как из­
вестно, «критическим» — равным расстоянию меж ду ушами человека); звучание
в этом случае обладаю т полнозвучностью, хорошим стереоэффектом, большим
углом звуковоспроизведения и наибольшей правильностью передачи пространст­
венности звукового образа.
Среди многопарных систем смешанная система А В и X Y является предпоч­
тительной во всех случаях записи звуковых образов без «трюковых» эффектов.
О днако системы избираются звукорежиссёром в зависимости от его представ­
ления о том, сколь выгодно применить ту или иную систему для осуществления
конкретного звукорежиссёрского плана записи; естественно, что при этом учи­
тываю тся все положительные и отрицательные свойства каж дой из систем, упо­
мянутые ранее. Следует заметить, что в системе X Y и M S с регулированием аку­
стической ширины и направления «звуковое .изображение», охватываю щ ее один
или несколько источников звуков, может при помощи регулятора направления эф ­
фективно «смещаться» вправо и влево от центра базы. О днако практически при
38
Д. Я. Г а клин
использовании подобной системы на записях крупных форм следует учитывать,
что от положения регулятора направления зависит смещение всего «звукового
изображения», охваты ваемого данной микрофонной парой. Это означает, напри­
мер, что если такая микрофонная пара стоит перед хором, занимающим по аку­
стической ширине 2/3 ширины всего записываемого звукового образа, то пользо­
ваться регулятором направления можно в очень ограниченной степени, смещая
звуковое изображение несколько вправо или влево; установка регулятора в край ­
нее положение, правое или левое, повлечёт за собой недопустимое и стереофонии
сужение фронта звучания хора — весь хор будет слышен из правого или левого
громкоговорителя словно в монофонической записи. Это обстоятельство сильно
уменьшает маневренность системы с электрической регулировкой ширины и н а­
правления звука, т. е. сводит к минимуму одно из основных достоинств этого рода
систем.
Микрофоны, применяемые в различных системах
звукопередачи
М икрофоны в системе А В
В помещениях с обычной для монофонических записей реверберацией приме­
няю тся преимущественно однонаправленные микрофоны, располагаемые на доста­
точном расстоянии от исполнителей. Ж елательно использование малогабаритных
конденсаторных микрофонов с подъёмом частотной характеристики в области
6-^-8 кгц. Оба микрофона пары долж ны быть одинаковы по всем параметрам. Р а с ­
стояние меж ду микрофонами выбирается очень тщ ательно; оно колеблется от
20 см до 1,5—2 м и определяется экспериментальным путём с учётом особенностей
системы Л В .и соблюдением условий совместимости. Высота расположения микро­
фонов, направления осей направленности обоих микрофонов практически могут
оказаться различными, если при этом пространственность звукового образа не бу­
дет заметно искажена,
И з отечественных микрофонов для стереозаписи пригодны конденсаторные
МК-60, 19А-10, динамические М Д-60 и МД-59.
При применении микрофонов с круговой характеристикой следует учитывать
следующее:
1 ) если микрофоны отдалить от источников звука, то звучание становится
более «полным»; происходит повышение реверберации в записи и уменьшение
локализационного эффекта;
2 ) если микрофоны разнесены мало (менее 2 0 см), то разница в информациях,
воспринятых левым и правым микрофонами, оказы вается весьма незначительной;
дать представление о месторасположении отдельных источников звука такая за ­
пись почти не может (звукопередача приближ ается к монофонической);
3 ) для того чтобы исключить дополнительные частотные искаж ения, оси м ак­
симальной чувствительности микрофонов (в области верхних частот) надо ориен­
тировать в разные стороны.
При применении микрофонов с «восьмёрочными» характеристиками направ­
ленности следует учитывать:
1 ) возможности расположения ряда источников звука по обе стороны .мик­
рофона, если по звукорежиссёроксму плану все они долж ны быть переданы че­
рез один канал;
2 ) что iB некоторых помещениях возможен приём отражённых звуковых волн
со стороны обратных лепестков «восьмёрок», в то врем я как прямые волны при­
нимаются микрофоном другого канала. Это явление может привести к смещению
фиктивного источника звука при прослушивании и нарушению совместимости.
В многомикрофонной системе Л Б , кроме основной пары микрофонов, стерео­
фонически передающей какую-то часть «звуковой картины», остальные микрофо­
ны могут быть любого типа и характеристик. Они выбираются по тем ж е прин­
ципам, что и при монофонической звукопередаче.
Стереофоническая звукопередача
39
М икрофоны в системе X Y и M S
В обеих системах возмоцсно использо 1вание конденсаторных, ж елательно м а­
логабаритны х микрофонов, размещённых на одной оси, непосредственно друг над
другом. В системе X Y можно рспользовать и ленточные микрофоны, соответст­
венно размещённые.
Существуют специальные стереомикрофсны, в цилиндрическом корпусе кото­
рых смонтированы два микрофона, один из них можно поворачивать относитель­
но другого. К аж ды й из микрофонов может работать с любой .из характеристик
направленности («кардиоида», «восьмёрка», «круг»). Таким образом, данные мик­
рофоны могут быть использованы для записи по системам АЕ и 7И5. Уменьшение
или увеличение каж ущ ейся шир.ины звукового изображ ения достигается соотвегственно удалением 'или приближением сдвоенного микрофона к источникам звуков,
выбором соответствующ их характеристик направленности микрофонов и углов
меж ду осями их максимальной чувствительности или ж е путём рассмотренных
ранее электрических регулировок.
Количество одновременно применяемых в стереофонических записях микро­
фонов долж но быть разумно ограничено (так же, как и в монофонических). П оль­
зоваться дополнительными микрофонами следует в том случае, если информации,
воспринимаемые этими микрофонами, отличаю тся от информаций, воспринимае­
мых другими микрофонами, и так, чтобы разницы путей звуковых волн при приё­
ме одних и тех ж е источников звуков разными микрофонами не могли бы приве­
сти к искажениям.
Требование к различным техническим элементам тракта
стереофонической записи
Стереофоническая двухканальная звукозапись может быть осуществлена на
отечественном стереомагнитофоне М ЭЗ-41а. И з элементов тракта стереофониче­
ской звукозаписи рассмотрим:
а) микшерский пульт с регуляторами уровня и приборами для электрического
контроля уровня (регуляторы электрической ширины и направления уж е были
рассм отрены );
б) средства субъективного контроля — два контрольных громкоговорящ их
агрегата.
В отечественной практике стереофонической записи используются микшерский
усилитель, разработанный Институтом радиовещ ательного приёма и акустики
им. А. С. Попова, с регулятором акустической ширины и направления и усилитель
МЭЗ-46А, разработанный Экспериментальным заводом Госкомитета по радиове­
щанию и телевидению Совета Министров СССР. Усилитель М ЭЗ-46 позволяет ве­
сти записи только по системам А В и АЕ без суммарно-разностных преобразо­
ваний.
Обычно стереофонические микшерские пульты обеспечивают запись по всем
системам с применением не более трёх пар м.икрофоно1в. Ж елательно, чтобы мик­
шерский пульт обеспечивал записи с наложением и с подмешиванием искусствен­
ной реверберации, о способах применения которой будет сказано ниже.
Регуляторы уровня долж ны обеспечивать изменение усиления раздельно в
каж дом из каналов или в обоих каналах одновременно; в этом случае необходимы
регуляторы спаренные. Регуляторы применяют профильного типа (как более удоб­
ные в эксплуатации) с сохранением одинаковости затухания хотя бы в пределах
0,75 дб. Выбранные ступени регулирования должны гарантировать неслышимость
скачков уровней при регулиров 1ке. В западногерманских стереофонических пуль­
тах используются регуляторы уровня W-85, на рабочих участках которых
(от О до 30 дб) ступени затухан ия составляю т 0,35 дб, на участках от 30-^55 дб
ступени затухания составляю т последовательно 0,5 и 0,75 дб.
40
Д , И. Г аклин
В качестве индикаторов уровня следует применять приборы, пикового значе­
ния. Н есмотря на некоторое неудобство визуального наблюдения за двумя при­
борами, цаличие двух индикаторов уровня (на каж дом из каналов) следует счи­
тать предпочтительным перед существующими системами контроля по одному
индикатору, показываю щ ему наибольший уровень в любом из каналов, или под­
ключаемому по ж еланию к одному или другому каналу. Наличие двух индикато­
ров позволяет не только безошибочнее осуществить стереофоническую звукоза­
пись, но и быстрее обнаруж ивать технические неполадки в различных звеньях
тракта в процессе звукозаписи. Оба прибора долж ны быть идентичными по своему
действию во всём диапазоне частот.
Субъективный контроль звукозаписи осуществляется при помощи двух гром­
коговорящих устройств на определённом расстоянии друг от друга. Частотные х а ­
рактеристики громкоговорителей по возмож ности должны иметь горизонтальный
характер в диапазоне частот от 30-i-40 гц до 12-м15 кгц и быть достаточно одина­
ковыми у обоих устройств.
Т акж е одинаковыми долж ны быть параметры обоих громкоговорящ их агре­
гатов, которые (и все их устройства — головки громкоговорителя, усилителя
и т. д.) включены синфазно. Р аствор характеристик направленности громкогово­
рителей на высоких частотах долж ен быть не слишком малым и одинаковым.
У зкая направленность подчёркивает шум воспроизводящ ей системы и обращ ает
внимание слуш ателя на места расположения громкоговорителей как на отдель­
ные точки излучения звука.
Неверное звучание обоих громкоговорителей из^за их неравномерной и не­
одинаковой частотной характеристики, неодинаковости усиления и несоблюдения
других условий, указанны х иыше, может привести к большим искаж ениям и ошиб­
кам в записи как в части передачи стереоэффекта, так и в акустическом и музы­
кально-фоническом отношениях.
Работник, контролирующий запись, размещ ается обычно на вершине р ав н о ­
бедренного треугольника, основанием которого является база. Ц елесообразность
такого расположения обусловливается ешё тем обстоятельством, что при записи
по системе X Y , отклонение контролирующего лица от линии симметрии, так ж е
как и отдаление его от линии базы (уменьшается угол, образованный линиями,
соединяющими слуш ателя с центрами громкоговорителей), приводит к и скаж е­
ниям при определении местонахождения источников звука. Мы умышленно пре­
небрегаем возможными ошибками слушателей при определении местонахождений
источников звуков при записи по системе X Y , считая условием прослуш ивания з а ­
писей А В и X Y примерно одинаковыми, тем более, что практически применяется
в огромном большинстве отечественных записей смешанная система А В и XYy
а не Л К в классическом виде.
Выбор ‘в еличины базы определяется конфигурацией, разм ерам и и акустикой
помещения прослушивания. При чрезмерной величине базы «звуковая картина»
распадается на левую и правую части; происходит скачок звука от одного гром­
коговорителя к другому, теряется впечатление общего объёма.
Искусственная реверберация в двухканальной
стереофонической записи
Применение искусственной реверберации в стереофонической записи не умень­
ш ает стереоэффекта, если проходящ ие через ревербератор звуки подмеш ивать в
тот ж е канал, в котором долж на находиться информация о данном источнике
звука.
Искусственная реверберация широко используется в записях опер, спектак­
лей, эстрадной музыки. Часто реверберируются звуки скрипок и подаю тся в л е­
вый канал, через который обычно передаётся звучание скрипок в эстрадных ан­
самблях. Одновременно могут реверберироваться трубы и подмеш иваться в п ра­
вый канал. Реверберироваться могут такж е звуки источников, которые намечено
расположить в центре «звуковой картины».
Стереофоническая звукопередача
41
Включение ревербераторов в тракт при записи
по разным системам
Д л я реверберирования какого-либо звучания Перед соответствующим источ­
ником звука или их группой устанавливается отдельный микрофон, .выходное н а ­
пряжение с которого поступает на ревербератор; реверберируемое звучание, со­
ответственно подключённое на микшерский пульт, «подмеш ивается» в каналы з а ­
писи.
Рассмотрим различные случаи применения искусственной реверберации. В си­
стемах А В и X Y без суммарно-разностных преобразований возмож но: а) подклю ­
чение различных реверберируемых звучаний в левый и правый каналы одновре­
менно, б) подключение одного и того ж е реверберируемого звучания на оба к а ­
нала, что обеспечивается подключением ревербератора на левый канал внешнего
входа пульта. При этом реверберируемую информацию И Р нужно подвергнуть
суммарно-разностному преобразованию
тогда на левый канал будет подано
Ир + 0, а на правый И р —0.
Таким образом, реверберируемая информация будет звучать в центре.
П одклю чать реверберируемую информацию с суммарно-разностным преобра­
зованием в правый канал для передачи в центр «звуковой картины» недопусти­
мо, так как в этом случае на левом канале получится 0 + И р , а на правом О— Ир,
т. е. реверберируемая информация окаж ется в левом к правом каналах в противофазах, и при моно 1зоспроизведении подобной записи искусственная ревербера­
ция будет отсутствовать, так как сумма обоих каналов И р —И р = 0 .
В системах M S и АЕ с суммарно-разностным преобразованием такж е возм ож ­
но реверберирование центральных источников звука и источников звуков, распо­
ложенных в левой и правой частях звукового поля.
iB первом случае информация, получаемая с ревербератора — Ир, подклю ­
чается к левому входу (т. е. к каналу М или А + Е ) , тогда после сумм арно-раз­
ностного преобразования С РП на выходе микшерского пульта будет получено на
левом канале Ир + 0 , а на правом канале И р— 0 ; реверберируемая информация
будет звучать в центре. Подключение Ир к правому входу (т, е. к каналу S ) не­
допустимо, так как в результате действия суммарно-разностного преобразователя
на левом и на правом кан ал ах Ир окаж ется в противофазах и при монопрочте­
нии такой записи раверберируемый сигнал пропадёт.
Во втором случае ттри одновременном реверберир 01ван'ии источников звука,
расположенных в левой и прав-ой частях звукового поля, левая реверберируемая
информация (И Р ^ ), так ж е как и п равая (И Р ^ ), до подключения к каналу М
и S долж ны быть подвергнуты суммарно-разностному преобразованию , дл я этого
И Р^ вклю чается на левый вход пульта, а ИР;^ — на правый вход, тогда к к а ­
налу М (или А + Е ) будет подключено И Р ^ + И Р ,г а к каналу S (или А— Е) —
И Р ^ - И Р ; ,.
После второго суммарно-разностного преобразования на выходе микшерско­
го пульта в левом канале окаж ется информация: И Р ^ + И Р / ^ + И Р ^ — WP^ —
= 2 И Р ^ т. е. реверберируемая информация от источников звуков, располож ен­
ных в левой части звукового поля; аналогично, в правом канале окаж ется ин­
формация 2И Р пП роделав простейшие алгебраические преобразования, нетрудно убедиться,
что при указанном выше подключении И Р ^ или И Р можно реверберировать
только одну левую или правую части звукового поля. В определённых случаях
не исключена возможность некоторые «протяжённые» источники, находящ иеся,
например, в левой части звукового поля (группа скрипок), реверберировать по
центру (через оба к ан ал а). Это приведёт к некоторому расширению каж ущ егося
фронта звучания данной группы источников з1вука.
Чувство меры в применении искусственной ''реверберации в подобных случаях
сохранит в нужной степени стереоэффект данной записи.
9 Н а внешних входах современных пультов установлены СРП.
Д. И. Г а кли н
42
больш ой барабан
О
Экводин
О
1 — место дириж ёра,
2 — челеста,
3 — фортепиано, 4 — места солистовпевцов,
5 — сдвоенны й
микрофон
(X У ),
6—7 — м икроф онная
пара
А В , 8 — сдвоенны й м икрофон ( X Y ) t
9 — сдвоенны й
микроф он
( XY) $
Ю — двун ап равл ен н ы й
микрофон,
в определённы х случа я х
подклю чавш ийся к л ево м у к аналу. 11 —
двун ап р а вл ен н ы й
микрофон ш п ол ьзова л ся д л я р евер б ер и р о ва н и ч
пеецов-солистов
и
оркестра
(по
центру), 12 — м икроф он дл я ревер б ери рован и я хора,
13 — микрофон
д л я ревер б ер и р о ва н и я преимуществ
венно левой части оркестра
г-ис. йо. ^ хем а располож ения исполнителей и микросронов
при стереофонической записи оперы-фантазии М. Р а ве ля
^Дитя и волшебство»:
Н а рис. 33 приведена схема расположения исполнителей и микрофонов при
стереофонической записи одноактной оперы-фантазии М. Р ав еля «Дитя и в о л ­
шебство» в исполнении солистов, хора и Большого симфонического оркестра Все­
союзного радио под управлением Г. Рож дественского. Запись происходила в сту­
дии Государственного Д ом а радиовещ ания и звукозаписи Всесоюзного радио с
объёмом 4600 м^.
Стереофоническая звукопередача
43
С права и несколько сзади дириж ёра находились челеста и фортепиано с весь­
ма важными по своему значению сольными партиями. Слева и несколько сзади,
располагались солисты. С зади дириж ёра, у правой стены студии, с некоторым от­
ры вом от оркестра располагался на подставках небольшой хор (около 4 5 человек),
развёрнутый лицом на дириж ёра. Такое расположение хора определялось трудн о­
стью достиж ения необходимого ансамбля в иных условиях. З а медной группой
инструментов находился электромузыкальны й инструмент Экводин, на котором ис­
полнялись партия кулисной флейты в начале 2-й картины оперы (в сад у ). М икро­
фоны, расположенные по обе стороны сзади дириж ёра, были включены по си­
стеме А В и воспринимали всё звучание оркестра. В некоторых эпизодах, где со­
лировали челеста и фортепиано, подключался на левый канал микрофон с «вось•мёрочной» характеристикой направленности, нацеленный одним «лепестком» на
скрипки, а вторым на челесту и фортепиано; в этих случаях фортепиано cмeЩvy
лось к центру «звуковой картины» (что соответствовало замы слу звукореж иссё­
р а ); ось наименьшей чувствительности микрофона была направлена на правую
сторону оркестра.
П еред солистами находился сдвоенный микрофон с кардиоидными х ар акте­
ристиками, направленный осями максимальной чувствительности под углом 90°
относительно друг друга; причём микрофон, включённый на левый канал, был
ориентирован в сторону левой части оркестра (на скрипки); иначе локализация в
оркестре была бы нарушена.
По ходу оперы хор звуков и зображ ал то лягушек, квакавш их из «условного»
■болотца, то деревья. К аж ды й раз хор представлял определённую часть «звуковой
картины»; в этих случаях оба канала сдвоенного микрофона (включённого по
системе X Y ) использовались не в одинаковой степени; левая сторона использо­
валась в меньшей степени, чем правая, так как следовало ограничить ширину
«звукового изображ ения» хора. К огда хор «изображ ал» участников, дей ствовав­
ш их по обе стороны центра, сдвоенный микрофон использовался соответственно
плану размещ ения источников звука. К огда партитура этого требовала, то под­
клю чался сдвоенный микрофон (по системе X Y ), -находившийся перед деревян­
ными инструментами оркестра.
Д л я передачи всего звукового поля одновременно действовало не более трёх
пар микрофонов, не считая двух -рев ер б ер аци он ных входов. Д л я реверберирования
информаций использовался микрофон с «восьмёрочной» характеристикой направ­
ленности, одним лепестком направленный на солистов, а другим — на первый пульт
скрипок и, следовательно, на оркестр. К огда определённые солисты долж ны были
находиться в центре звуковой картины, то реверберируемая информация И Р (в
данном случае от голоса солиста и от звучания оркестра) подвергалась суммарно­
разностному преобразованию , а затем подмеш ивалась к левому и правому к ан а­
лам микшерского пульта. Сказочно-|фантастический сю жег оперы часто требовал
нахождения таких акустическо-звуковых решений, которые могли бы компенси­
ровать слушателю отсутствие визуальных впечатлений.
Но не всегда можно было ограничиться реверберированием информаций с пе­
редачей их по центру «звуковой картины». В таком случае использовались для
реверберирования микрофоны, стоящие 'вплотную у скрипок и у хора; ревербери­
руемые информации скипок подключались к левому каналу, а хора — к правому
каналу микшерского пульта; соответственно были слышны реверберированные
скрипки слева, а реверберированный хор справа.
Развитие двухканальной стереофонии и задачи
экспериментального исследования
Д вухкан альн ая стереофоническая звукозапись широко используется в п рак­
тике работы Государственного Д ом а радиовещ ания и звукозаписи Всесоюзного
радио и Всесоюзной студии грамзаписи М инистерства культуры СССР. Кроме
М осквы, двухканальная стереофоническая звукозапись осущ ествляется в Л енин­
44
Д . И. Г а кли н
граде, Таллине и Киеве. Количество записей только в Москве достигает 2750 но­
меров; среди этих записей — оперы и балеты полностью, симфонии, кантаты,,
сюиты, концерты и отдельные пьесы самого разнообразного ж анр а для оркестра
различных инструментальных ансамблей, отдельных инструментов, голоса, хораи т. д. В М оскве регулярно осущ ествляется стереофоническое радиовещ ание, один
канал передаётся по радиостанции, второй — по городской радиотрансляционной
сети. Качественные показатели обоих каналов передачи весьма несходны м еж ду
собой; следовательно, передача по таким двум каналам далеко не отвечает усло­
виям стереофонической звукопередачи. Тем не менее, и так ая передача приобщ ает
слушателей к стереофонии; по отзывам радиослуш ателей стереофонических пере­
дач, стереоэффект передач ими воспринимается. О днако такая звукопередача необладает свойством совместимости, так как слуш атель .радиостанции (не имеющ ий
у себя установки Московской городской транссети) может слы ш ать только одну
левую или правую часть передаваемой «зв^^ковой картины», так ж е как и обла­
датель только одной установки трансляционной сети.
Если до сих пор не поступило претензий к качеству подобной передачи о т
слушателей монофонической её части, так, видимо, потому, что они смирились с*
мыслью, что при стереофонической передаче ухудшение монофонического приёма
неизбежно. П редставим себе запись с резкой локализацией, например, по одному
каналу передаю тся вопросы, адресованные собеседнику: ответы передаю тся подругому каналу. К акова будет реакция слушателей, имеющих возможность при­
нимать только один канал — радиостанцию или городскую сеть? Если такого слу­
чая ещё це было, то он ещё м ож ет быть, так как в настоящ ее время отбор зап и ­
сей для вещ ания по двум самостоятельным каналам происходит по тематическому
признаку, вне зависимости от характера пространственности звукового о браза.
П оэтому при назначении записи для стереофонического вещания необходимо учи­
ты вать её стереокачества.
В связи с расширением практики стереофонической записи и развитием стерео­
фонического вещ ания назрела необходимость дальнейшего изучения и эксперимен­
тального исследования вопросов двухканальной стереофонической звукопередачи.
Кроме проблем совместимости, намеченных выш е и требующих обсуждения, ис­
следования и принятия технических решений, столь ж е настоятельно требуют экс­
периментального исследования и другие вопросы. В частности, можно отметить
необходимость глубокого исследования и сравнения (с художественной точки
зрения) систем А В , X Y , M S и смешанной системы А В .и X J . Н еобходимо так ж е
обобщить накопленный опыт в применении различных микрофонов и в использо­
вании реверберации. Н ужно определить оптимальные условия слуш ания стерео­
фонических передач в домаш них условиях и в клубных залах.
ЛИТЕРАТУРА
1. G г а U W. «Stereophonic im
Film -echte und Pseudo—Verfahren». «E lectronische
Rundschau», 1959, № 7. S. 2 5 3 -2 5 9 .
2КларкА., Вандерлин
П. «С терео-звуковая» система записи и воспро­
изведения» (Stereophonic). «Proceedings of the In stitu tio n of E lectrical Engineers».
Л ондон, T . 104 «В», № 17, сентябрь 1957 г.
3. Г а к л и н Д. И., К о н о н о в и ч Л. М., К о р о л ь к о в В. Г. Стереофони­
ческое радиовещ ание и звукозапись. Госэнергоиздат, 1962.
4. W a r n c K e Н. «Der technische S tand der Stereophonie. «K inotechnik», Bd. 29
(1938), No 12.
5. Б е р т р а м К л а у с . «Совместимая стереофония». Ж у р н ал «Radio mentor»,.
No 9, сентябрь 1958 г.
6 . Ж урн ал «Revue de Son», j\b 107— 108, м арт—апрель 1962 г.
л. м. кононович
СТЕРЕОФОНИЧЕСКОЕ РАДИОВЕЩАНИЕ
Общие сведения
Одним из наиболее .реальных путей широкого внедрения стереофонического
звучания является передача стереофонических программ по радио—стереофониче­
ское радиовещание.
Д л я организации высококачественного стереофонического вещания наиболее
пригодным ок азал ся УКВ ЧМ диапазон. П оэтому подавляю щ ее количество си­
стем разрабаты валось именно дл я этого диапазона.
В пятидесятых годах было предложено более тридцати различных систем
стереофонического радиовещ ания, а некоторые из них доведены до стадии опы т­
ной эксплуатации. О днако вследствие тех или иных недостатков большинство
предложенных систем постепенно сошло со сцены.
Одно время к азалась весьма перспективной так н азы ваем ая система Кросби,
по которой велось вещ ание через ряд радиостанций США. Был даж е выпущен в
продаж у р я д моделей аппаратуры д л я приёма стереофонических передач по этой
системе. О днако в 1961 г. в США к регулярному вещанию была утверж дена си­
стема, предлож енная фирмами в е н и т и Д ж енераль Электрик, а вещание по си­
стеме Кросби было прекращ ено [1].
В Советском Союзе успешные опыты стереофонических радиопередач были
начаты инженером Н. С. Куприяновым ещё в 1955 г. В 1959 г. Всесоюзным науч­
но-исследовательским институтом радиовещ ательного приёма и акустики им.
А. С. П опова при участии Ц К Б Государственного комитета по радиоэлектронике
С С С Р была разработана так назы ваем ая система с полярной м одуляцией, ко­
торая отличается простотой и высоким качеством звучания.
По этой системе в I960 г. началось опытное стереофоническое вещание [2] в
Москве, Л енинграде, Киеве, а в следующем году — в Таллине.
В конце 1963 г. система стереофонического радиовещ ания с полярной моду­
ляцией б ы л а утверж дена к регулярному вещанию в Советском Союзе пока в ог­
раниченном количестве городов.
Таким образом, в настоящ ее время эксплуатирую тся две системы стереофо­
нического радиовещ ания: система с полярной модуляцией п сист&ма «Зенит—
Д ж енераль Электрик». При этом существенно, что система «Зенит—Д ж енераль
Электрик» весьма похожа на отечественную систему с полярной модуляцией и обе
системы различаю тся лишь в деталях. Это даёт основание полагать, что пробле­
ма окончательного выбора системы стереофонического радиовещ ания в м еж дун а­
родном масш табе близка к своему разрешению.
Р азраб отка систем стереофонического радиовещ ания создала толчок к ос­
воению многократного (многопрограммного) вещ ания в УКВ ЧМ диапазоне на
одной несущей частоте. В Советском Союзе разработана система, позволяю щ ая
осущ ествлять звуковое сопровождение телевидения одновременно на двух я зы ­
ках [3]. Ведутся работы по созданию систем двухпрограммного радиовещ ания на
одной несущей частоте.
OcHOBtHbie требования к системе стереофонического вещания ib УКВ Ч М диа­
пазоне мбжно свести к следующему:
46
Л . М. Кононович
1. Система долж на быть совместимой с обычным вещанием, т. е. во врем я
стереофонической передачи слушатель, имеющий обычный приёмник, должен при­
нимать эту передачу как монофоническую, без заметного ухудш ения качества.
2. При приёме на стереофонический приёмник долж на обеспечиваться воз­
можность получения полного стереофонического эф ф екта, насколько это доступ­
но при двухканальной стереофонии.
3. Система долж на использовать существующую передающую аппаратуру
(с некоторыми добавлениям и), а так ж е обеспечивать возможно более деш ёвую
приёмную аппаратуру. В частности, долж на быть обеспечена «возможность стерео­
приёма на монофонический приёмник, снабжённый недорогой приставкой.
Суммарно-разностный метод стереофонической передачи
Наиболее рациональными оказались системы, которые для передачи второй
звуковой информации используют вспомогательную (поднесущую) надтональную
частоту.
П ри этом простейшим мож ет бы ть вариант, когда несущая частота передат­
чика обычным путём модулируется сигналом одного стереоканала (канала Л ), з
сигнал другого стереоканала (канала В ) модулирует поднесущую частоту. Затем
модулированная поднесущая частота, в свою очередь, такж е модулирует несу­
щую частоту передатчика. Спектр м оду­
Тональные
Иадтональные
лирующих частот для такой передачи
частоты
частоты
показан на рис. 1.
Такой вариант, однако, не является
Г"
I
Г “~ 7 1.
совместимым, так как обычный ради о­
Ш)
П(в)
приёмник примет только сигнал к а н а ­
ла А , переданный в области звуковы х
Рис. 1. Спектр стереофонической пе­
частот. С луш атель услышит только зв у ­
редачи с использованием надтональки, исходящие из одной (левой или п р а­
ной поднесищ ей частоты
вой) половины сцены. Н ормальное м о­
нофоническое звучание обеспечено не
будет.
Выход из полож ения был найден в использовании так называемы х сумм арно­
разностных систем стереофонической звукопередачи. В суммарно-разностных си­
стемах тональная часть спектра I (рис. 1 ) передаёт информацию о сумме двух
Фильтр _
Детектор Л-В
надтомоль­
ных частот
Приемник
Выход
СРП
ЧД
Фильтр
тональных Л+.
частот
Рис. 2. Б лок-схем а стереофонического радиотракта при использовании сум­
марно-разностного метода
стереофонических каналов Л + Б , а надтональная часть I I передаёт сигнал разн о­
сти двух каналов А —Б. При этом обычный приёмник воспроизводит сигнал сум­
мы каналов Л + Б , т. е. сбалансированный монофонический сигнал. Р аботу приёмо­
передающего тракта такой системы можно рассмотреть по блок-схеме рис. 2 .
47
Стереофоническое радиовещ ание
Суммарный сигнал Л + Б непосредственно модулирует несущую частоту укв
передатчика, как при обычном вещании. Разностны й сигнал модулирует тем или
иным способом колебания надтональной поднесущей частоты; эти колебания по­
ступают на дополнительный вторичный модулятор укв передатчика, где со з­
даю т дополнительную частотную модуляцию несущей частоты. Н а приёмной сто­
роне ЧМ колебания детектируются, как обычно, частотным детектором (Ч Д ). З а ­
тем с помощью фильтров разделяю тся тональная и надтональная части детекти­
рованных колебаний. После фильтрации тональная часть является суммой сигна­
лов А л -В . Д л я выделения разности сигналов А —Б необходимо продетектировать
колебания поднесущей частоты. Затем разделение стереофонических каналов мо­
ж ет быть произведено путём суммарно-разностного преобразования (С Р П ):
(Л + Б ) - f ( Л - Б ) = 2Л,
(Л + Б) — (Л — Б ) = 2Б
или при синусоидальном сигнале в каж дом из каналов:
( Uj^ sin
"Ь
sin
sin
+
/) =
—
= 2Uj^ sin
t
i) —
sin
= 2U^ sin
sin
—
( 1)
/) =
t
Суммарно-разностный метод позволяет решить вопрос совместимости с обыч­
ным вещанием. О днако при использовании этого метода предъявляю тся весьма
жёсткие требования к идентичности частотных и фазовых характеристик сум­
марного и разностного трактов.
Допустим, что частотные и фазовые характеристики трактов разошлись. К оэф ­
фициент передачи суммарного тракта на частотах
и
примем равным еди­
нице, а разностного тракта — равным Ь ( Ь ^ 1). Сдвиг фаз в разностном канале
примем равным ф.
Тогда, вместо ур-ний (1) получим:
(t/^sin
+ f/^ sin
=
s i n
+
sin (Q^
Q q
t +
^ )
—
=
^ b
) + U'b sin ( Q s < + 4^;)
( ЙЛ < +
s i n Q g 0 - 6 [U a sin ( ^ л < + ?) -
= У л 5 ш ( 0 л< + О
sin
t + ?)]=
(2)
+ ^в®т(йз/+4-")
где
и.
=
1 +
= У
6 2 ^ 2 6
CO S?
в
Л
и.
и:
= . J J — = = Y
1+*2_26cosf ,
6si n<p
'^h =т'в
^ = ^ '■ 2
,"
,’
71-1-6
T T cos? >
.
6 sin ?
Таким образом, в результате неидентичности частотных и фазовых х ар акте­
ристик суммарного и разностного трактов каналы полностью не разделяю тся; пои
этом такж е пойвляются фазовы е сдвиги в стереоканалах.
48
Л . М. Кононович
Качество разделения каналов оценивается при помощи переходного за т у х а ­
ния, которое при
—
может быть вы раж ено, как
а = 201g i^ d
20lg i ^
и'
и':
или
! ± 2Ь cos ср
а = 2 0 Ig 1V / Ш
14-б2_
.+
— 2Ь cos ^
(3)
Если имеют место только частотные
искажения, то мы получаем
а = 2 0 Ig
1+
Ь
а при наличии только фазовы х и скаж е­
ний:
: 2 0 Ig
Рис. 3. Зависимость переходного
зат ухания от неидентичности ча­
стотных и ф азовы х характеристик
в суммарном и разностном трак­
тах
ctg -^
При величинах 6 , близких к единице,
и малых углах ф, ф-ла (3) мож ет быть
упрощена:
“~
’
где ф выраж ено в радианах.
И з графиков рис. 3 видно, например, что для получения переходного за т у х а ­
ния меж ду стереофоническими каналам и 30 дб при неидентичности частотных х а ­
рактеристик 5% необходимо, чтобы расхождение фазовых характеристик не пре­
вышало 2,2° (пунктир на рис. 3). Таким образом, использование сумм арно-разно­
стного метода стереофонического вещания требует высокой степени идентичности
характеристик суммарного и разностного трактов, от суммирующе-вычитающего
блока на передающей стороне до такого ж е блока на стороне приёма.
Возможные методы модуляции колебаний поднесущей частоты
Система стереофонического радиовещ ания с использованием поднесущей ч а ­
стоты и суммарно-разностного метода может быть осуществлена в нескольких в а ­
риантах, отличающихся использованием различных методов модуляции поднесу­
щей частоты разностным сигналом.
П однесущ ая частота мож ет модулироваться либо по амплитуде, либо по ч а ­
стоте. При этом возможны варианты амплитудной модуляции поднесущей часто­
ты: обычная амплитудная модуляция (AM ), модуляция с подавлением поднесу­
щей частоты или, иначе, балансная модуляция (БМ ) и, наконец, модуляция с по­
давлением поднесущей частоты и одной из боковых полос — однополосная мо­
дуляция (О М ). Выбору наиболее рационального метода модуляции поднесущей
частоты были в основном посвящены работы последних лет в области стереофо­
нического радиовещ ания.
Различные методы модуляции поднесущей частоты при стереофоническом ве­
щании характеризую т следующими свойствами:
Стереофоническое радиовещ ание
49
1. Ш ирина спектра м одулирую щ их частот передатчика
При обычной передаче несущ ая частота модулируется спектром звуковы х ч а ­
стот от 30 гц до 115 кгц. П ри стереофонической передаче спектр модулирующих
частот расширяется, что влечёт за собой расширение общего спектра передачи.
Д л я того чтобы при стереофоническом ,вещании могли быть использованы сущ е­
ствующие передающие и приёмные устройства с минимумом переделок, весьма
важ но, чтобы расширение спектра модулирующих частот при переходе к стерео­
фоническому вещанию было минимальным.
В системе с AM поднесущей частоты спектр модулирующих частот показан
на рис. 4. Учитывая, что величина Рв является верхней звуковой частотой, равной
15 кгц (высший класс качества), видно, что поднесущ ая частота fnod может рас­
полагаться где-то в пределах 32—35 кгц. При этом верхняя модулирую щ ая часто­
та укв передатчика будет равна примерно 50 кгц.
В системе с БМ поднесущей
частоты спектр модулирующих чая+В
77-6
стот несколько расш иряется, так
как, кроме основного сигнала, не<
^
обходимо передать пилот-сигнал -i \
J ---------- :----- 1
д л я восстановления в приёмнике ^
поднесущей
частоты.
М ожно
принять, что в этой системе верх- Рис. 4. Спектр стереофонической передачи
няя модулирую щ ая частота сопри A M поднесущ ей частоты
ставляет примерно 55 кгц.
Система с ОМ поднесущей частоты даёт возможность заметно снизить зн а­
чение наивысшей модулирующей частоты за счёт подавления верхней боковой по­
лосы модуляции. М ожно считать, что спектр модуляции в такой системе будет
не шире, чем 40 кгц.
Система с ЧМ поднесущей частоты создаёт сложный спектр модуляции. П ри­
мерную ширину этого спектра подсчитывают обычно по формуле Е. И. М анаева [4]
^ f = 2 {F e + fm + V T I m ) ’
где f т— девиация частоты,
F в— верхняя модулирую щ ая частота.
Д л я ЧМ поднесущей частоты могут быть выбраны различные параметры.
Близкими к оптимальным можно считать следующие; }под = ^0 кгщ fm = 1 0 кгц,
Eg = 8 кгц.
Верхнюю модулирующую частоту в этой системе приходится ограничить, так
как передача всех звуковых частот ведёт к очень широкому спектру. При у к азан ­
ных выше параметрах получаем
А / = 54 кгц ( + 27 к г ц ).
При этом высш ая модулирую щ ая частота передатчика оказывается равной
4 0 + 2 7 = 6 7 кгц.
2. Ухудш ение отношения сигнал1шум при переходе
к стереоприёму
Так как при стереофоническом вещании количество передаваемой информации
увеличивается, а мощность передатчика и девиация несущей частоты остаются
прежними, то отношение сигнал/шум при стереоприёме всегда оказывается мень­
шим, чем при моноприё^^е. Д л я того чтобы получить высококачественное зву ча­
ние в возмож но большей зоне обслуживания, весьма важно, чтобы ухудшение от­
ношения сигнал/ш ум при стереоприёме было минимальным.
4 -2 8 3
50
Л . М. К ононович
При определении ухудш ения отношения сигнал/ш ум будем исходить из по­
ложения, что уменьшение громкости обычного приёма (моноприём) при переходе
на стереофоническую передачу не долж но быть больше чем 2 дб
20% ). Такое
уменьшение громкости практически незаметно, и система мож ет считаться полно­
стью совместимой. Таким образом, суммарный к ан ал А Л В долж ен создавать не
менее 80% от общей девиации несущей передатчика.
При AM поднесущей девиация несу­
щей частоты передатчика немодулированной поднесущей долж на быть в этом
случае равна всего лишь 2 0 % (10 кгц
для отечественной системы укв вещ а­
ния). Это значительно ухудш ает ш умо­
вые свойства системы. П отеря в отноше­
нии сигнал/шум усугубляется тем, что в
надтональной части спектра, используе­
мой при стереофоническом вещании, ш у­
Рис. 5. Спектральная плотность ш у­
мы боЛьше, чем в тональной части, так
м ов при частотной м о дуляции
как частотный спектр шумов при ЧМ ве­
щании имеет, как известно, треугольную
форму (рис. 5).
При БМ поднесущей частоты положение несколько улучш ается. В этом слу­
чае мы уж е не связаны с максимальным коэффициентом модуляции поднесущей
(100% ). П оэтому максимальная девиация частоты разностным каналом (что со­
ответствует паузе в суммарном канале) мож ет быть равной максимальной девиа­
ции частоты в .суммарном канале (при паузе в разностном к ан ал е), т. е. 80% от
общ ей максимальной девиации частоты передатчика. О ставшиеся 20% девиаЦии
можцо отвести на передачу пилот-сигнала для восстановления поднесущей часто­
ты в приемнике.
При ОМ поднесущей полоса передачи сигнала, а следовательно, и шумовац
полоса сокращ аю тся по сравнению с предыдущим случаем. Это даёт возмож ность
несколько улучшить отношение сигнал/ш ум.
При ЧМ поднесущей частоты происходит некоторый выигрыш в отношении
сигнал/ш ум из-за применения частотной модуляции. О днако этот выигрыш ком ­
пенсируется тем, что для надтональной части спектра (разностный сигнал) при­
ходится, как при AM, отводить лишь небольшую часть общей девиации частоты.
3. П ереходное затухание меж ду каналами
К ак показано в статье «И сследование качественных .показателей двухканаль­
ных стереофонических систем» И. Е. Горона, Б . П . Гученко и О. А. Постниковой
настоящ его сборника, для того чтобы получить практически полный стереофони­
ческий эффект. Достаточно иметь переходное затухание меж ду каналам и 20 дб.
О днако, учитывая, что переходные помехи могут иметься в низкочастотных эл е­
ментах тракта (например, в стереоусилителях, магнитофонах), ж елательно, чтобы
сама система радиопередачи стереофонического вещ ания обеспечивала более вы ­
сокое переходное затухание, например до 30 дб, в средней части звукового д и а­
пазона частот.
Н аиболее просто обеспечить хорошее переходное затухание м еж ду стереока­
налами в варианте с AM поднесущей частоты. Н еслож ная для этого случая схема
разделения каналов мож ет быть выполнена с малыми частотными и фазовыми
искажениями, что обеспечивает выполнение преобразований согласно ур-нию ( 1)
с малыми погрешностями.
Несколько осложняется приём в системе с БМ поднесущей частоты. Д л я по­
лучения больших переходных затуханий необходимо сохранять точность синхро­
низации поднесущей частоты на передаче и приёме не только по частоте, но и по
фазе. Н иж е будет показано, что расхож дение фазового угла при синхронизации
Стереофоническое радиовещ ание
51
на 20° создаёт переходное затухание величиной 30 дб. П оэтому в системе
с БМ поднесущей частоты приходится принимать меры, обеспечивающие стабиль­
ность схемы синхронизации.
В наиболее тяж ёлы х условиях по переходному затуханию находится систе­
ма с ОМ поднесущей частоты. В этой системе расхож дение фаз при синхронизации
ещё сильнее влияет на переходное затухание. Так, для сохранения переходного з а ­
тухания 30 дб расхож дение ф аз при синхронизации не долж но превышать 4°.
В системе с ЧМ поднесущей частоты, так же, как в системе с AM нет ви­
димых препятствий для получения хорошего переходного затухания. О днако, как
п оказала эксплуатация системы Кросби, при ЧМ поднесущей частоты практи­
чески трудно избеж ать искажений из-за широкого спектра модуляции и доволь­
но сложной приёмной «аппаратуры [5].
4. Сложность и стоимость схемы разделени я
стереофонических каналов в приёмнике
Н аиболее простую схему разделения каналов обеспечивает система с AM под­
несущей. В системах с Б М и ОМ поднесущей схема разделения каналов полу­
чается более сложной из-за необходимости восстановить подавленную поднесу­
щую частоту. При ОМ поднесущей схема дополнительно ослож няется тем, что
фильтр боковой полосы долж ен иметь фйзовую характеристику с 'высокой степе­
нью линейности.
В системе с ЧМ поднесущей частоты схема разделения каналов наиболее
сложна, так к ак необходимо продетектировать с высокой степенью точности ЧМ
колебание, имеющее разм ах качания частоты, соизмеримый с самой величиной
поднесущей частоты.
К ак видно из изложенного, вопрос выбора метода модуляции поднесущей
дл я стереофонического вещ ания довольно сложен, так как мы имеем дело с рядом
противоречивых факторов.
Система с AM поднесущей обеспечивает хорошее переходное затухание м еж ­
ду стереоканалами и дешёвую схему приёмника. Однако, если не принято спе­
циальных мер, то помехоустойчивость такой системы мала.
Система с БМ поднесущей несколько удорож ает приёмник, но даёт сущест­
венный выигрыш в помехоустойчивости.
Система с ОМ поднесущей даёт возмож ность вести передачу в узком спектре
частот и иметь хорошую помехоустойчивость. Однако практическая реализация
такой системы затруднена сложностью фильтров и необходимостью поддерж ивать
высокую точность синхронизации по фазе.
Система с ЧМ поднесущей обладает неплохими параметрами, но невыгодна
из-за широкого спектра модулированных частот передатчика, что особенно сущ е­
ственно в странах, принявших максимальную девиацию частоты при ЧМ вещ а­
нии, равную 50 кгц (СССР и Страны народной дем ократии).
Важным преимуществом систем с Б М и ОМ поднесущей частоты является
возмож ность использовать связь меж ду суммарным и разностным сигналами
(максимуму суммарного сигнала соответствует в первом приближении минимум
разностного и наоборот). Это позволяет сохранить громкость моноприёма (почти
полная девиация несущей суммарным сигналом) и в то ж е время иметь большую
девиацию несущей разностным сигналом. Последнее обеспечивает лучшее соот­
ношение сигнал/ш ум при стереоприёмё.
К ак уж е упоминалось, в своё время популярностью пользовалась система
Кросби, использую щ ая ЧМ поднесущей частоты. В настоящ ее время США и с т р а ­
ны Европы отказались от этой системы. Система, принятая в США, является си­
стемой с БМ поднесущей. В Советском Союзе принята к эксплуатации система с
AM поднесущей частоты. О днако в эту систему введено подавление поднёсущей,
приближающее её по характеристикам к системе с балансной модуляцией. П пя
этом система сохраняет преимущества, свойственные амплитудной модуляции
(более узкий спектр, простота схемы разделения каналов в приёмнике).
52
Л. М. К ононович
Полярная модуляция
Рассмотрим суммарно-разностную систему стереофонического вещания, ис­
пользующую AM поднесущей. При этом примем, что максимальная величина де­
виации несущей частоты, отводимая на сигналы суммарного и разностного к а н а ­
лов, одинакова.
Сигнал на выходе частотного детектора приёмника в такой системе может
быть описан уравнение]^
u = Uj^ sin
+
sin
sin O j^t —
— U q s i u Qq / + f/o )sin co o /,
(4)
где По—■амплитуда немодулированной поднесущей частоты сооУравнение (4) справедливо и для системы с БМ поднесущей после того, как
подавленная поднесущ ая восстановлена.
М ожно показать, что к аналогичному уравнению приводятся колебания и в
системе с ОМ поднесущей после её восстановления.
Уравнение (4) обладает замечательны м свойством. П олагая sincoo^= l, т. е.
определяя верхнюю огибающую колебаний, получим
и_^ = 2 П^ sin
t,
а при sincoo ^ = — 1 (ниж няя огибаю щ ая),
и _ = 2Uq sin Qq t.
И наче говоря, ур-ние (4) отображ ает колебания поднесущей, полож итель­
ные полупериоды которой модулированы сигналом кан ал а А , а отрицательные—
сигналом канала В (рис. 6 ).
К олебания такого вида были названы полярно-м одулированны м и колебаниям и и впер­
Канал й
вые использованы для стереофонического ве­
щ ания в Советском Союзе. В 1961 г. в США
Колебания
была утверж дена к регулярному вещанию си ­
поднесущей
стема,
разработанн ая фирмами «Зенит» и «ДЖечастоты
нераль-Электрик», использую щ ая полярно-модулированные колебания при балансной моду­
К анал в
ляции поднесущей.
К ак уж е было упомянуто, полярно-модулированные колебания образую тся при исполь­
Рис. 6. П олярно-м одулированзовании суммарно-разностной системы с амп­
ные колебания
литудной (балансной, однополосной) модуля­
цией, но при обязательном
условии, чтобы
максимальная девиация частоты (или максимальная амплитуда и а выходе ча­
стотного детектора) от суммарного и разностного каналов была одинакова.
Достоинство полярно-модулированных колебаний заклю чается в том, что
д л я детектирования, вместо довольно слож ­
ной схемы, показанной на рис. 2 , может
Канал л
Полярнобыть использована простая схема так н а­
* * х г
модулиро-^
зываемого полярного детектора (рис. 7).
банное
' У Г
колебание
Схема содерж ит два диода, включённых в
•Канал В
противоположной
полярности. Один из
-м 7ГГ,
диодов детектирует положительные полу­
периоды
поднесущей частоты, образуя
канал А. Д ругой диод детектирует от­
рицательные полупериоды, образуя к а ­
Рис. 7. П олярны й детектор
н ал В,
Весьма существенно, что при использовании полярного детектора удаётся
избавиться от неидентичности характеристик суммарного и разностного трактов,
вызванных применением фильтров и суммирующе-вычитающей схемы.
58
Стереофоническое радиовещ ание
Н едостатком полярного детектора является обязательность переключения
приёмника со стерео на моно по окончании стереопередачи. Если слуш атель з а ­
был осуществить такое переключение, то монопередача пойдёт с нелинейными и ска­
жениями (отсечка за счёт диодов). Однако этот недостаток вряд ли является су­
щественным. Д ело в том, что д а ж е в варианте с суммарно-разностным преобразо­
ванием (рис. 2 ), где нелинейные искаж ения при переходе на монопередачу не во з­
никают, всё равно приходится осущ ествлять переключение «стерео-моно», так как
отношение сигнал/ш ум при стереоприёме существенно хуж е, чем в случае моноприё,ма.
Система стереофонического вещания с полярной модуляцией
В отечественной системе стереофонического «вещания используется поднесу­
щ ая частота /о=31,25 кгц. П олож ительные полупериоды поднесущей частоты мо­
дулируются по-амплитуде сигналом левого стереоканала (канал А ), а отрицатель­
ные полупериоды — сигналом правого стереоканала (канал В ). М аксимальный
коэффициент амплитудной модуляции поднесущей частоты 80%. Таким образом,
уравнение полярно-модулированного колебания (4) для этой системы может
быть записано в виде
(5)
“ = ( ^тЛ + ^т в) + ( ^тЛ - ^т в)
“оt ,
где
Ч±
2
(1 + т
(6)
(1-
т
sin Q g t )
2U ,
т'^.A = и ,
< 0 .8 , " ^ B ^ - ^ h • < 0 , 8 .
Звуковые частоты
и й ^ передаются в пределах ЗО-т-115 000 гц (высший
класс качества).
Если принять пиковую девиацию частоты при максимальном сигнале равной
единице, то из ур-ния (5) можно видеть, что при полном отсутствии сигнала д е­
виация несущей частоты передатчика немодулированной поднесущей будет р ав ­
на 0,555. Следовательно, на суммарный сигнал приходится всего 44,5% от общей
девиации частоты, а 55,5% полной девиации несущей частоты передатчика про­
падают. Это даёт уменьшение громкости при приёме стереопередачи на обычный
моноприёмник, равное 7 дб. Т акая система не может быть признана полностью
совместимой с обычным вещанием.
2U ,
(О
К'
Ко
Рис. 8. Схемы п одавления поднесущ ей частоты на пе­
редаче (а ) и восстановления её на приёме (б )
Д л я устранения этого недостатка в систему с полярной модуляцией введено
подавление поднесущей частоты на передаче в пять раз. П ри этом потеря девиа-
54
Л . М. К ононович
ЦИ'И за счёт передачи немодулированной поднесущей будет равна 20% . Это даёт
потерю громкости при моноприёме стереопередачи, равную всего 2 дб, что вполне
допустимо.
П одавление поднесущей достигается при помощи резонансной цепи, схема ко­
торой показана на рис. 8 а.
Коэффициент передачи такой схемы определяется формулой
1 -fix
T i = Vk T
+ - :—
\x ~ »
(7)
где
Q,
h
k — степень подавления поднесущей ( ^ = 5 ) ,
Q — добротность контура, настроенного на поднесущую частоту.
Д л я восстановления поднесущей и получения полярно-модулированных ко­
лебаний в приёмнике после частотного детектора располагается схема восстанов­
ления (рис. 8 6 ), имеющая коэффициент передачи (п ри 7 ? '> 7?^), равный
1
Т2 ~
^1
.
Ч астотная характеристика моду­
лирующего тр акта на передатчике с
учётом цепи подавления поднесущей
частоты показана на рис. 9а. Н а
рис. 96 показана соответствую щ ая
характеристика приёмного тракта.
Н а рис. 10 показан спектр моду­
лирующих частот системы с поляр­
ной модуляцией после подавления
(JQ
гГоднесущей
в передатчике (а) и
после восстановления её в приём­
Рис. 9.
Частотная характеристика
нике ( 6 ).
м одулирую щ его (а ) и дсм одулирую Учитывая, что на самых низких
щего (б ) трактов
звуковых
частотах
стереоэффект
практически отсутствует, точная ком­
пенсация предыскажений, связанных с подавлением поднесущей, не является
обязательной. П оэтому добротность контура в схеме восстановления поднесу­
щей мож ет отличаться от добротности контура на передающем конце.
Если добротность контура в цепи подавления равна Q, а в цепи восстановле­
ния rQ, то сквозной коэффициент передачи будет равен
7 = TiT2 = p e ‘'P.
где
_
<f = arc tg -
Y
Л - х ^ ) [ ( А г - ^ \) ^ + г Н Ц
(25+ д;2)(1+г2л:2)
4л: (1 + Ar — Ы^)
(5 + х^) (4г +
1 + г Ч ^ ) -}-
З н а я отклонения величины модуля коэффициента передачи от единицы
( 6 = / р — 1 | ) и вычислив значения результирующего фазового угла Ф, можно он
ределить по ф-ле (3) переходное затухание меж ду стереоканалами дл я различ­
ных частот сигнала / —/о. Результаты подсчёта д л я г = 1 ,5 и /’= 0 ,7 5 приведены на
рис. 11 . Из рисунка видно, что, хотя переходные затухания в области нижних зву-
55
Стереофоническое радиовещ ание
fn o d h
а)
Т7777?1,(7Ш
J7 7 m .
Л-В
fnodh
(Г)
Т777771
1777771 VTTTTTi
Л-ьВ
Л -В
Рис. 10. Спектр м од ули р ую щ и х частот пе­
редатчика после п о д авления
поднесущ ей
частоты (а ), спектр колебаний на вход е
полярного детектора (б )
oc,dS
50г
1
ьо
30
у
U
20
10
1
20
50
100 200
500 1000 2000 ООООгц
Рис. 1 L П ереходны е затухания меж­
д у стереоканалами при неравенстве
добротностей контуров на передаче
и приёме
п)
ы м
г=1
50
50
20
100
200
500
1000 2000 5000 10000 гц
ОС. Об
б ) 50г
CtO
г .1 ,5
N.
30
20
10
О-
20
50
Рис. 12. Экспериментальные кривые пере­
ходны х затуханий д ля г = 1 ( а ) и г = 1 ,5 (6 )
56
Л . М. Кононович
ковых частот заметно падаю т при неравенстве добротностей, но на частотах выше
300 гц, д аж е при значительных расхож дениях добротностей, остаются больши­
ми 2 0 дб.
Это свойство системы может бы ть использовано в некоторых моделях приём­
ников. Если применить в приёмнике более добротный контур (г > 1 ) , то макси­
мальный коэффициент модуляции поднесущей на приёме уменьшается.
Это
уменьшает нелинейные искаж ения при детектировании.
Н а рис. 12 показаны экспериментальные кривые для Q = 1 0 0 ( г = 1 ) и для
Q = 1 5 0 (г= 1 ,5 ) переходных затуханий меж ду каналам и в рассмотренной систе­
ме. К ак видно из рисунка, практически переходные затухания изменяются не­
значительно д аж е при увеличении добротности на 50%.
Система «Зенит—Дженераль-Электрик»
Система «Зенит—Д ж енёраль-Э лектрик» такж е использует полярно-модулированные колебания. Основное отличие её заключае4ся в методе подавления подне­
сущей. Вместо частичного подавления, используемого в отечественной системе, в
системе «Зенит—Д ж енераль-Э лектрик» поднесущ ая подавляется практически пол­
ностью
(балансная м одуляция), а
для ее восстановления передается
утттт
I
штт ттт
вспомогательный пнлот-сигнал с ч а ­
стотой, в два раза меньшей поднесу­
Inc
Й-В
щей частоты. Так к ак для передачи
пилот-сигнала необходимо отвести
Рис. 13. Спектр м одули р ую щ и х ча­
стот в системе Зенит-Дж енеральучасток спектра, то величина подне­
Электрик»
сущей частоты в этой системе не­
сколько выше — 38 кгц. Ч астота
пилот-сигнала — 19 кгц.
Спектр модулирующих частот этой системы показан
на рис. 13.
Пилот-сигнал передаётся с девиацией частоты, равной 10% от максималь­
ной. Таким образом, на суммарный и разностный сигналы остаётся 90% макси­
мальной девиации частоты. Это даёт уменьшение громкости при моноприёме на
1 дб по сравнению с обычной, монофонической передачей.
Л/
ФНЧ
Рис. 14. О дин из вариантов приставки к приём нику д ля
разделения стереоканалов (система ^Зенит-Дж енеральЭлектрик» )
Блок-схема передающей и приемной аппаратуры системы «Зенит—Д ж енеральЭлектрик» подобна блок-схеме рис. 2 . Исключением являю тся блоки формирова­
ния пилот-сигнала на передающей стороне и выделения поднесущей частоты на
приёмной стороне, имеющиеся в американской системе.
Стереофоническое радиовещ ение
57
Н а рис. 14 показана принципиальная схема одного из образцов декодирую ­
щего устройства к системе «Зенит-Дженераль-Э лектрик», разработанного фир­
мой «Белл» [6 ]. Устройство содерж ит три триода. Первый триод JIi является уси­
лителем сигнала, снятого с частотного детектора приёмника. После усилителя
при помощи фильтра происходит отделение пилот-сигнала частотой 19 кгц. О т­
фильтрованный пилот-сигнал усиливается триодом JI 2 и синхронизирует генера­
тор поднесущей частоты 38 кгц, собранный на триоде Л 3.
Суммарный и разностный сигналы после входного усилителя проходят через
фильтр ниж них частот Ф НЧ с граничной частотой 53 кгц и линейной фазовой х а ­
рактеристикой. Затем эти сигналы объединяю тся с восстановленной поднесущей
частотой, образуя полярно-модулированные колебания согласно ф-ле (4). Д етек ­
тирование происходит на полярном детекторе Д \—Дг- В нагрузку полярного д е­
тектора введён резонансный контур, не пропускающий поднесущую частоту в низ­
кочастотный тракт приёмника.
Р я д промышленных образцов декодирующих устройств выпущен так ж е с ис­
пользованием разделения каналов по суммирующе-вычитающей схеме [6 , 7],
Сравнение отечественной системы с полярной модуляцией
с системой «Зенит—Дженераль-Электрик»
М етод передачи информации о поднесущей частоте косвенным путём, при по­
мощи пилот-сигнала, имеет недостатки, которые несколько снижают качество си­
стемы «Зенит—Д ж енераль-Э лектрик». К этим недостаткам относятся следующие
1.
Д л я правильного стереовоспроизведения требуется синхронизация поднесущих частот не только по частоте, но и по фазе. Действительно, из ур-ния (4) вид­
но, что при расхождении меж ду ф азам и поднесущей частоты на передаче и приё­
ме на угол ф уравнение примет вид:
u = Ua sin
sin
sin
sin
t ) sin co^ / - f
+ t/oSin K < + <P)
ИЛИ после преобразований
u ~ U j ^ sin
sin
sin (wq ^ + ^1^)»
(8)
где
-> -4- (
‘^
si n
— U q sin Q q t)^y
____________________ Up sin cp________________
f/o cos cp +
sin
—
sin
t
Так как ~ ц ~ и - j j — всегда меньше единицы, то можно написать
Нэке ~ Щ + ( U A S i n Q A t — U ^ s i n Q ^ t ) c o s ? +
+
—
) 2.
П олагая sin (соо^+'Ф) == ± 1, подставим в ур-ние (8), тогда для верхней и ниж ­
ней огибающих (опуская постоянную составляющ ую) получим
/ + 1/^ (1 + cos <р) sin Q ^ t —
—
Л cos ср) sin
~ ~ Y ^ A ^B [ c o s ( Q ^ - Q £ ) /- c o s ( Q ^ + J 2 5 ) < ] .
(9)
58
Л . М. К ононович
Уравнение (9) показывает, что неточная синхронизация по ф азе ведёт к сни­
жению переходного затухания меж ду каналами, а так ж е к появлению нелиней­
ных и комбинационных искажений. Переходное затухание при этом равно
1 4 - cos Ф
Ф
a = 2 0 lg--=^=------^ = 2 0 I g c t g 2 - ^ .
1 — cos ср
2
П ереходное затухание п адает д о 30 дб при ф = 2 0 °, а при ф = 9 0 °, а = 0 и
передача становится монофонической. При синхронизации в обратной ф азе
<Ф=180°) стереоканалы меняются местами, т. е. правый канал становится левым
и наоборот.
Следовательно, при восстановлении поднесущей частоты из пилот-сигнала
необходимо следить за правильностью фазы синхронизации и точностью фазы в
процессе приёма.
2. Ц епь синхронизации поднесущей частоты вносит искаж ения, связанные с
попаданием в область пилот-сигнала гармоник звуковых частот, присутствующих
в суммарном канале. К ним в первую очередь относятся: вто р ая гармоника ч а ­
стот, близких к 9,5 кгц и третья гармоника частот, расположенных около 6,5 кгц.
Учитывая, что девиация частоты пилот-сигналом составляет
от максимальной
девиации суммарным сигналом, мешающее действие гармоник увеличивается в
9 раз.
Так, при коэффициенте гармоник Ч М л^ракта (вклю чая частотный детектор),
равном 5% , амплитуда мешающей частоты мож ет достигать половины величины
пилот-сигнала. При этом на выходе могут появляться сильные шумы. При ещё
больш их амплитудах мешающей частоты наступает полный срыв синхронизации.
3. Увеличение поднесущей частоты (из-за необходимости передать пилот-сиг­
н ал) ведёт к расширению спектра передачи.
Д л я расчёта ширины спектра удобно исходить из формулы для мощности
Ч М колебания единичной амплитуды в заданной полосе частот А/:
Pi
= П [ <^0('"г) + 2
—Kj^
/= 1
где г — число гармонических составляющ их в модулирующем колебании,
/ — функция Бесселя,
trii— индекс модуляции для данной составляющ ей.
Суммирование в ф-ле (10) выполняется так, чтобы данная составляю щ ая
спектра не выходила за пределы полосы пропускания, т. е. чтобы
§
niFi < Y
■
Если при этом учесть, что полная мощность колебания равна единице
/^0 = 0
''о
+ 2
= I.
то, следовательно, величина 1— Р даёт относительную мощность составляющ их
Ч М колебания вне заданной полосы пропускания.
Д л я случая, когда сигналы Л + В ^ А — В, т. е. Б = 0 и считая, что модулирую­
щ ая частота равна 10 кгц, получим следующий состав спектра модулирующих
колебаний.
59
Стереофоническое радиовещ ение
Д л я отечественной системы:
E i=
Eg =
Ез =
Е4 =
10 к гц .
21,25 к г ц .
31,25 к гц .
41,25 к г ц .
/Л1 =
Ш2 =
/Лз =
/Л4 =
2,
0 ,4 7 ,
0 ,3 2 ,
0 ,2 4 .
системы:
E l = 10 к г ц .
Еа —
кгц.
Ез = 28 к г ц ,
Е 4 = 48 к г ц ,
гпх =
/Ла =
/Лз =
/Л4 =
2 ,2 5 ,
0 ,2 6 ,
0 ,4 0
0 ,2 3 .
Подцчёты по ф-ле (10) для этого случая показывают, что если зад аться мощ ­
ностью внеполосных составляющ их в 0 , 1 %, то полоса передачи для американ­
ской системы оказы вается больш е на 15% (190 кгц вместо 165 кгц в отечествен­
ной системе с полярной модуляцией).
Разн иц а в полосе передачи особенно чувствительна при организации стерео­
фонического вещ ания в странах, принявших максимальную девиацию частоты при
УКВ ЧМ вещании, равную 50 кгц (СССР и страны народной дем ократии).
4.
И з-за наличия схемы синхронизации блок разделения стереофонических
каналов в американской системе получается более сложным.
К недостаткам отечественной системы с полярной модуляцией можно отнесги
большую максимальную величину коэффициента модуляции поднесущей ( т = 0 ,8 ).
В системе «Зенит—Д ж енераль-Э лектрик» коэффициент модуляции мож ет быть
уменьшен за счёт увеличения амплитуды восстановленной поднесущей.
О днако следует учитывать, что при увеличении амплитуды поднесущей уве­
личиваю тся шумы синхронизации.
В табл. 1 даётся сравнение обеих рассматриваем ых систем по основным па­
раметрам.
Д анны е по обеим системам приведены для параметров ЧМ вещания, приня­
тых в Советском Союзе: максимальная девиация несущей частоты 50 кгц, по­
стоянная времени предыскажений 50 мксек.
ТАБЛИЦА 1
Параметр
Диапазон воспроизводимых частот, гц
Величина поднесущей частоты , кгц
Максимальная девиация несущей частоты суммар­
ным сигналом, %
То ж е , разностным сигналом, %
Девиация несущей частоты поднесущ ей, %
Девиация несущей частоты пилот-сигналом, %
Высшая модулирующая частота передачи, кгц
Примерная полоса частот, занимаемая передачей, кгц
Переходное затухание м еж ду стереоканалами в диа­
пазоне частот 300— 10 000 гц не хуж е, дб
Система с
полярной
модуляцией
(СССР)
Система
«ЗенитД ж eнepaльЭлектрик»
(США)
30— 15 000
31,25
50— 15 00 0
38
80
80
90
90
20
0
0
10
46,2 5
165
53
190
25
25
л. м.
60
К ононович
Продолж ение
Параметр
Система с
полярной
модуляцией
(СССР)
Система
« З ен и т Д ж енеральЭлектрик»
(США)
2
22
1
21
нет
есть
У худш ение отношения сигнал/шум по сравнению
с обычным вещанием, дб
при моноприёме
при стереоприёме
Наличие помех от синхронизации
Примерная относительная стоимость схемы разд е­
ления стереоканалов
2 ,5 - 3 ,0
1
Возможные искажения при передаче и приёме
стереофонического вещания с полярной модуляцией
Д л я организации высококачественного стереофонического вещ ания необходимо,
чтобы передающий и приёмный тракты удовлетворяли определённым требова­
ниям. Н иж е рассматриваю тся наиболее вероятные причины искаж ения стереофо­
нической передачи и меры, которые долж ны быть приняты д л я предотвращ ения
этих искажений. Полученные качественные результаты в равной мере относятся
как к отечественной, так и к американской системам, но количественные подсчёты
произведены там, где это играет роль, применительно к параметрам отечествен­
ной системы с полярной модуляцией.
Очевидно, что основным условием неискажённого прохождения стереофони­
ческой передачи через тракт от выхода полярного модулятора до входа полярно­
го детектора является сохранение при любых сигналах в неизменном «виде основ­
ного уравнения полярно-модулированных колебаний (4). Д л я этого необходимо,
чтобы частотная характеристика тракта в области модулирующих частот от н иж ­
ней звуковой частоты
до верхней надтональной частоты fo + Fe была горизон­
тальной, а ф азовая характеристика в этой ж е области частот — линейной. Н еоб­
ходимо также, чтобы нелинейные искаж ения в тракте были невелики.
Д л я исследования влияния частотных и фазовы х искажений на стереовоспро­
изведение представим ур-ние (4) в виде
и =
+
(« 0 -
2
_
+
sin
sin t + Up sin ojq / -f-
2^ )
cos (®o + ЙЛ ) ^ -
cos (a.„ — Q g ) < +
COS (a.„ + й д ) <.
(И )
При наличии частотных искажений соотношение меж ду амплитудами низко­
частотных и надтональных составляю щ их изменяется, что может быть учтено в
ур-нни ( 11 ) следующим образом:
u = Uj^ sin
+ h
+
cos (Wq —
sin
-\- ЬрП^ sin Wq ^ +
^A
) / — &2 ’~ Y '
(^ 0 +
^
( 12 )
61
Стереофоническое радиовеи^ение
В ур-нии (12) коэффициенты Ь отраж аю т неравномерность частотной х а р а к ­
теристики (6 ^ 1 ) . Это уравнение может быть преобразовано к в'иду:
u = U j ^ sin
sin
+ BqU q sin
7 + « i cos (wq 7 — Ф).
Если положить: C a ~ ^ b ~ ^ a b \
(малы е частотные искаж ения), то для
^^1 = ^А В
^ 2 = ^ 2 ’ ^ ; ^ ^2 близки к единице
и ф получим:
^в
^1^2 (sin
tg ^ = - ^ ± ^ c t g f k + f k ^ .
&2 —
2
Таким образом, колебания надтональной частоты получают фазовую м о д у л я­
цию 'И изменяются по амплитуде.
Д л я огибающих получим
[(1 ± V h h ) sin
«±=
/ + (1 + К Ш
sin Й в ^1.
откуда переходное затухание меж ду каналам и равно:
' + У
^
t-V w b ,
Рассмотрим два типичных частных случая:
. = 2018
.
„3,
L П одъём или спад частотной характеристики
только на самых верхн и х частотах (bi — \\ &2 = 1 —А)
При этом
а = 2 0 Ig
1 А- V l — А
20 Ig -
4
1— / 1— А
Д
И з полученной формулы видно, например, что для поддерж ания переходного
затухания меж ду каналам и выше 30 дб неравномерность частотной характери­
стики на верхних частотах не долж на превыш ать 12,7% (1 дб),
2.
П одъём или спад частотной характеристики,
примерно одинаковы для всей области
надтональных частот (&i = &2 = b = l — А)
П олучаем
1+6
2
1— 6
A
a = 2 0 lg:;----- 7 ^ 2 0 Ig —
Д л я поддерж ания переходного затухания выше 30 дб неравномерность ча­
стотной характеристики не долж на превышать 6,3% (0,5 дб).
Рассмотрим теперь, как изменяется переходное затухание меж ду каналам и
при наличии фазовых искажений. Д л я этого добавим к каж д ой составляющ ей
спектра в ур-нии (И ) величину сдвига ф азы на данной частоте:
W= С/^ sin (Q^ 7 +
) + (7^ sin (Q ^ ^ +
sin (ct>o ^ + То) +
„
+
2
2“
. . . .
,
^ "1" fAI^ —
) ^ + 'Pb i I + “
2
“Ь ^2^ ) ^ + ?А 2^ —
t(“ 0 + й в )^ + 'Рвг!-
62
Л . М . Кононович
Это уравнение после тригонометрических преобразований с учётом, что -ц ~
меньше единицы, мож ет быть приведено к виду:
и к У ^ 5 т (П д / + ? д ) + [/з 5 ш (2 в< + ? в ) +
Uj^ sin I
t-\-
^fA2
'I’Al
■ )-
—
<РВ2~9 в 1
2----------------------51п(“ о^ + Ф).
sin
где
.
иa
„
= U
(14>
^9Al + 9A2 — ^fo]
c o s [ ------------------- 2 --------------------- / ’
a
( 'fBl + '(B2— ^'fo
a в =
a в COS у
И з сравнения ур-ний (14) и (4) видно, что при наличии фазовы х сдвигов
изменяются амплитуды надтональны х составляющ их. К олебания поднесущей
частоты приобретают при этом паразитную фазовую модуляцию (угол ф)» ч т а
обычно несущественно.
О пределяя верхнюю и нижнюю огибающие полярно-модулированного коле­
бания, получим после преобразований:
«i =
^ “Ь ^в) *
^ + ^л) "Ь
где
б А =
^^А ) / 3
+
COS 1 2 ? о -
(?Л 2 +
'Р Л 1>] ±
2 COS [ <(А + ( ? 0 “
Ы
]
±
+ 2 C0 S [ ? ^ — (? 0— ?Д 1)].
б 'в = ^ в
+ cos [ 2 ?о — (?В 2 + f Bi) + 2
[?g + (?o — Увг)] +
+ 2 co s [ ? £ — (?o—
Считая Ua = Ub , ^ A ~ ^ B “ исключая индексы, соответствующие к аналам ,
получим дл я переходного затухания меж ду стереоканалами
а = 2 0 Ig
3 + cos [2?о—(?г + ? i)| + 2 cos [у + (?р — у,)] + 2 cos [у — (ур—?i)]
3 + cos [2уо—(У2 + yi)l — 2 cos [у + (уо — уг)] — 2 cos [у — (уо — у,)]
(15)
Рассмотрим теперь конкретные примеры.
L Линейная ф азовая характеристика (рис. 15)
^(р
При этом сдвиг фазы пропорцио 1нален
частоте. П оэтому приращения фазы вверх
и вниз от поднесущей частоты одинаковы
по величине и обратны по зн аку
?2 — ? о =
S
CJq-Я Uq Шд+Я
Рис. 15. Типовы е фазовые харак­
теристики тракта
В то ж е «время эти приращ ения равны
сдвигу фазы для низкой частоты:
?2
=
Стереофоническое радиовещ ение
68
П одставляя в (15), получаем а = оо, т. е. линейная ф азо вая характеристика
не вносит переходных искажений.
2. Н аруш ение линейности ф азовой характеристики
в области самых верхних частот (пунктир на рис. 15)
Этот случай характерен для цепей с ограниченной полосой пропускания (н а­
пример, фильтры нижних частот, влияние ёмкостей м онтаж а и т. п.).
П ри этом можно считать, что фо—Ф1= Ф =Ф 2— фо— Аф, где Аф характеризует
нелинейность фазовой характеристики на частоте coo+Q,
П одставляя в (15), получим
t 1
: ~ 20 Ig [ /
+ 3cos А<р
J — cos А
ф
А«р
П одсчитывая по этой ф ормуле переходное затухание, можно установить, ч т а
переходному затуханию 30 дб соответствует нелинейность около 7°.
3. Н аруш ение линейности ф азовой характеристики
в области нижних частот (штрих-пунктир на рис. 15)
Этот случай может быть результатом действия переходных ёмкостей ил»
трансформаторов.
П ринимая ф о ~ ф 1= ф2— ф о= ф —Аф, получим
a = 2 0 lg c tg -Y .
П ереходному затуханию 30 дб соответствует нелинейность около 4°.
4. Ф азовая характеристика в области надтональных частот
антисимметрична относительно поднесущ ей частоты (рис. 16)
С такой характеристикой приходится иметь дело, когда на передаче или
приёме разделяю тся тональная и надтональная части спектра полярно-модулираванных колебаний. При этом
обычно используется полосбвой фильтр надтональной ч а ­
сти спектра,
имеющий ф азо ­
вую характеристику,
п одоб­
ную изображ ённой на рис. 16
Справа.
Д л я такого случая можно
принять ф 2— Фо=Фо—Фь «и, под­
ставляя .в (15), получаем
a = 2 0 Ig ctg^^-^= ^^^-= ^^
.
(16)
Рис. 16. Ф азовая характеристика,
антисимметричная
относительно
поднесущ ей частоты
Условием неискажённого воспроизведения является равенство
? = То — Ti,
т. е. дл я компенсации ф азовы х искажений в тракт суммарного сигнала долж ен
быть введён четырёхполюсник, имеющий фазовую характеристику, которая нов-
64
Л . М . Кононович
торяет в области нижних частот верхнюю ветвь фазовой характеристики в обла­
сти надтональных частот (пунктир на рис. 16). Таким четырёхполюсником я в ­
л яется соответственно рассчитанный фильтр нижних частот. П рощ е всего р ас­
считать полосовой фильтр и фильтр нижних частот так, чтобы их фазовые х а ­
рактеристики в полезной полосе частот были близки к линейным и имели одина/
dcp \
ковый угол наклона одинаковое время задерж ки т = —— .
V
di» ]
И з ур-ния (16) видно, что д л я получения переходного затухания меж ду к а ­
налами, равного 30 дб, угол ф не долж ен отличаться от угла фо— Ф1 более чем
на 4°.
Н а рис. 17 показаны осциллограммы полярно-модулированных колебаний при
различны х видах искажений. Н а рис. 17а показаны неискажённые колебания
(сигнал
,в одном
к ан ал е).
На
рис. 176 изображ ены те ж е колеба­
ния, но -при наличии частотных и с­
кажений, связанных с подъёмом ч а­
стотой
характеристики
в области
надтональных частот { Ь > \).
К ак
видно из рисунка, при этом огибаю­
щ ая другого канала приобретает мо­
дуляцию, противоположную по ф а ­
зе модуляции основного канала. В
результате осциллограмма начинает
напоминать обычные
амплитудномодулированные колебания.
Н а рис. 17в п оказана осцилло­
грамма полярно-модулированных ко­
лебаний при подъёме частотной х а ­
рактеристики в области нижних ч а­
стот (спад в области надтональных
частот, Ь < \ ) . При этом огибающая
другого канала приобретает моду­
ляцию, совпадающую по фазе с мо­
Рис. 17. П олярно-м одулированны е к о ле­
дуляцией основного канала. Осцил­
бан ия при различны х типах искажений:
лограмма начинает напоминать к о ­
а ) неискаж ённые колебания; б) частот­
лебания, образую щ иеся в результа­
ные искаж ения, Ь> 1; в ) частотные ис­
те сложения двух, резко отличаю­
каж ения, Ь<^1; г) фазовые искажения;
щихся по частоте сигналов.
д ) нелинейны е искажения
На рис. 17г показаны полярномодулированные колебания, претер­
певшие фазовые искажения. К ак видно из рисунка, огибающ ая другого канала
приобретает при этом модуляцию, сдвинутую на некоторый угол по отношению к
модуляции основного канала.
Н а рис. 176 показан ещё один случай искажений полярно-модулированных
колебаний, когда огибаю щ ая другого канала приобретает модуляцию, кратную
по частоте модуляции основного канала (вторая или третья гармоника). Т акая
картина наблю дается, когда одна из частей спектра полярно-модулированных к о ­
лебаний (обычно надтональная) подвергается нелинейным искаж ениям. При этом
гармоники основной частоты спектра появляю тся как на верхней, так и на ниж ­
ней огибающей, однако на одной из них (верхней на рис. 176) они маскируются
основным сигналом.
Теперь рассмотрим искажения, возникающие при разделении стереоканалов.
5. Вариант с полярным детектором (рис. 7)
Процесс детектирования полярно-модулированных колебаний несколько отличается от обычного AM детектирования, используемого в радиовещании.
65
Стереофоническое радиовещ ение
Первое отличие заклю чается в том, что поднесущ ая частота лиш ь незначи­
тельно превыш ает по величине высшую модулированную частоту (в 2—2,5 раза)*
Вторым отличием является наличие переменного угла отсечки колебаний при
£7=0, так как этот угол меняется в зависимости от сигнала в каналах. Д ействи­
тельно, полагая в ур-нии (5) а = 0 , получаем для угла отсечки
(о)о 7)о = arc sin
V m B + U ,тА
^ ш В -^ т А
Зависимость угла отсечки от передаваемых сигналов создаёт, кроме ампли*
тудной, широтную модуляцию синусоидальных импульсов к ак положительной,
так и отрицательной полярности. Н али­
чие широтной модуляции при неудачно
спроектированном полярном детекторе
создаёт значительные переходные, поме­
хи меж ду каналам и и нелинейные иска­
жения в каж д ом из каналов.
Определим оптимальный реж им р а ­
боты
полярного детектора, соответ­
ствующий
минимальным искажениям.
При этом ввиду симметрии ограничим­
ся рассмотрением процессов только в
Рис. 18. П роцесс детектирования по­
одной половине схемы рис. 7, например,
лярно-м одулированны х колебаний
в половине,
детектирующей
полож и­
тельные (полупериоды
полярно-модули­
рованных колебаний.
Д л я удобства рассмотрения перепишем уравнение полярно-модулированных
колебаний (5) в виде:
и=
+ Ь
t / „ s ) sin (со, t + <f),
-
(17)
где ф — начальная ф аза поднесущей частоты.
Процесс детектирования разделим на два этапа (рис. 18): зар я д конденса­
тора (от соо^ = 0 до соо^=ф— ф) и его р азр яд (от (Оо^=ф—ф до
М атематическое рассмотрение процессов зар я д а и р азр я д а конденсатора [8 ]
позволяет определить важнейш ие переменные составляю щ ие выходного сигнала
в канале Л:
Ml (
4 . 1 (1 + 6 ) ( 1 - 7 ) ‘«o 7’+ y
(1 -7 )*
+
+ 6 - 7 ( I - 7 ) +
- |- Т * +
sin Qji t +
86
(1 -7 )*
86
/ n ^ COS
86
2Q ^ t +
m%
( 1 - 7 )*
86
m.Q sin Q g i—
• m | c o s 2 Q5 / —
1— •
16
(1 — t)^
+ —
где -(=e
5—283
2шо7
[cos (Q ^ —
T=RC.
) 7 — cos (Q^ + ^ b )^\ f^A
(18)
66
л . м . К ононович
И з ур-ния (18) видно, что на выходе полярного детектора появляю тся пере­
ходные помехи, а так ж е нелинейные искажения, в том числе комбинационные
(^/комб) • При этом переходные искаж ения появляю тся не только на основной
частоте модуляции, но и на гармониках этой частоты. Величина всех видов ис­
каж ений сильно зависит от инерционности детектора, т. е. от величины Т (посто­
янной времени нагрузки).
При 7 = 0 0 , т. е. бесконечно большой инерционности детектора, переходные
помехи, а такж е нелинейные и комбинационные искаж ения отсутствуют. При
этом Ь долж ен быть равен единице. О днако детектор с практически бесконечной
инерционностью можно осуществить лишь тогда, когда несущая частота во много
раз больше верхней модулирующей частоты. Это условие не выполняется при
передаче стереофонического вещ ания при помощи поднесущей частоты.
Оценивая инерционность величиной (0 о7 , можно определить максимально
допустимое её значение из известного условия для AM детектора
Qjg 7 - ^ 1 , 5 ,
где
— верхняя модулирую щ ая частота [9].
П ользуясь этим неравенством, получаем
(<"в Т )м а к с =
1 -5 - Q ^ .
“в
Так, например, д л я отечественной системы с полярной модуляцией Кв^°15/сгц,
/о=81,25 кгц и, следовательно,
П ереходные помехи меж ду каналам и могут быть существенно снижены, если
коэффициент Ь в полярно-модулированном колебании выбрать несколько большим
единицы. При этом, в частности, переходные помехи на основной частоте сигнала
могут быть полностью скомпенсированы.
М ожно показать, что условие компенсации получается в виде:
S+
-
2т (1
7) + '[/■ [S +
-
2у ( 1 - т ) Р - ( « -f- 2 + Т*) (1 -
Т*)
2 (5 + 2 + 7 * )
где 5 = 2 ( 1— 7 )соо7 .
При этом для (0 о7 = 3 , 12 ,
^
щ ая цепочка д л я увели чения коэффициента Ь
’
= 0 ,6 получаем
^опт ^ 1ЛI р = 44 дб; kfK0M6 — ^ »2% •
Таким образом, при правильно выбранной
схеме полярный детектор обеспечивает пере­
ходное затухание более 40 дб.
Увеличение коэффициента Ь от единицы
ДО ^опт легко достигается при помощи кор­
ректирующей цепочки (рис. 19), которая уста­
навливается в приёмнике меж ду частотным и
полярным детекторами.
При увеличении Ь до 1,1 полярно-модулпрованные колебания на выходе корректирующей цепочки имеют вид, подобный изображ ённому на рис. 176.
6. Вариант с суммарно-разностным преобразованием (рис. 2)
В этом варианте детектированию подвергаю тся колебания поднесущей ча­
стоты, модулированные разностным сигналом. В этом случае мы имеем дело с
Стереофоническое радиовещ ение
67
обычным AM детектором, в котором, однако, несущ ая (т. е. наша поднесущ ая)
частота незначительно отличается от верхней модулирующей частоты.
П оследующ ее суммарно-разностное преобразование производится по ф-ле (1).
При этом погрешности за счёт неточности суммарно-разностного преобразо­
вания могут быть определены по ф-ле (3) или по графику рис. 3.
Передающая аппаратура
Н а рис. 20 показана блок-схема передающей аппаратуры системы стереофо­
нического вещ ания с полярной модуляцией. По этой схеме сигналы стереофони­
ческих каналов после цепи предыскажений поступают на суммирующе-вычитающее устройство. Затем суммарный сигнал Л + Б поступает на вход возбудителя
Рис. 20. Б лок-схем а передаю щ ей аппаратуры
м од уляцией
системы с полярной
УКВ ЧМ передатчика. Разностны й сигнал поступает на первичный модулятор,
где модулирует по амплитуде колебания поднесущей частоты. М одулированный
надтональный гигнал после частичного подавления поднесущей частоты поступает
на вторичный модулятор, который вводится в тракт передатчика меж ду возбу­
дителем и мощными каскадам и. Вторичный модулятор создаёт дополнительную
частотную модуляцию несущей передатчика надтональной частью спектра полярномодулированных колебаний. Таким образом, несущая частота оказывается моду­
лированной спектром, показанным на рис. 106. Качественные показатели пере­
дачи контролируются контрольным устройством. Блоки, которые необходимо
дополнительно ввести для перехода к стереофоническому вещанию, обведены на
рис. 20 пунктиром. Они оформлены в виде единой стойки, внешний вид которой
показан на рис. 21. Стойка устанавливается в непосредственной близости от
передатчика и содержит два комплекта (основной и резервный) первичных 1 и
вторичных 2 модуляторов, контрольное устройство 3, блоки питания 4, стабили­
заторы напряж ения питания 5 и вентилятор охлаж дения 6.
Н а р,ис. 22 показана блок-схема первичного модулятора. В схему введены
фильтры: полосовой (16— 47 кгц) для фильтрации гармоник поднесущей частоты
в разностном канале и фильтр нижних частот (0— 15 кгц) в суммарном канале.
Ф азовые характеристики фильтров подобраны так, чтобы разбаланс фаз сум­
марного и разностного каналов был минимален (см. рис. 16),
Д л я контроля тональная и надтснальная части спектра складываю тся, об­
разуя полярно-модулированные колебания (выход П М ). Р ассм атривая их на ос­
циллографе, легко обнаруж ить погрешности тракта согласно рис. 17.
5—283
68
Л . М. К ононович
Рис. 21.
Стойка стереофонического
вещ ания
69
Стереофоническое радиовещ ение
Вторичный модулятор
содерж ит фазовы й модулятор
цепь для перехода от ф азовой к частотной модуляции.
и интегрирующую
Рис. 22. Блок-схем а первичного модулятора
Контрольное устройство (рис. 23) связано с фидером передатчика и содер­
жит дискриминатор, схему восстановления поднесущей частоты, полярный д е­
тектор и два низкочастотных тракта. Кроме измерений, можно прослуш ивать
на контрольном громкоговорителе сигнал любого из стереоканалов или их суммы.
По осциллографу можно просматривать полярно-модулированные колебания
(контроль П М ),
Я
От
фидера Частотный
передатл детектор
чика
Схема
Восс7пано&-\^
пения f
Выходе
Рис. 23. Б лок-схем а контрольного устройства
Основные качественные показатели стойки следующие:
а) номинальное входное напряжение стереоканалов А vl Б 0,775 в (О д б);
входное сопротивление 600 ом\ вход симметричный;
б) номинальное выходное напряжение первичного модулятора 0,775 в (Q дб)
на сопротивлении не более 600 ом\ выход суммарного тракта симметричный,
разностного — несимметричный;
в) номинальное выходное напряжение вторичного модулятора:
при несимметричном выходе не менее 50 в эфф при эквиваленте нагрузки
100 пф\
при симметричном выходе не менее 35 в эфф на каж дое плечо при экви ва­
ленте нагрузки 50 пф\
г) диапазон модулирующих частот 30—^15 000 гц при неравномерности частс*тной характеристики не более 2 дб по сравнению с характеристикой преды ска­
жений с постоянной времени 50 мксек;
д) диапазон несущих частот в пределах 6— 12 Мгц, что после умножения
частоты в передатчике соответствует несуЩим частотам укв вещания (значение
частоты устанавливается при за к а зе );
*) Р азработан ЦКБ Государственного комитета по раджоэдектронике СССР.
5*
70
Л , М. К ононович
е) коэффициент нелинейных искаж ений по всему тракту не более:
на частотах 50н- 100 гц — 2,0% ,
на частотах ЮО-т-4000 гц — 1,5%,
выше
4000 гц — 2,0% ;
ж ) Уровень фона и шумов не хуж е — 60 дб\
з) переходное затухание м еж ду стереофоническими каналам и не менее:
на частоте 1000 гц
— 30 дб,
на частотах 200 и 5000 гц — 20 дб\
и) сопутствую щ ая паразитная AM не более 1,2 %,
Габариты стойки 3 4 2 x 7 4 0 x 4 8 9 5 мм. П отребление от сети питания не более
700 ва.
Приёмная аппаратура
Н а этапе перехода от монофонического вещ ания к стереофоническому можно
определить три разновидности приёмной стереофонической радиоаппаратуры .
/. Стереофоническая ради ола со стереорадиотрактом
Это наиболее совершенный тип стереофонической радиоаппаратуры . В такой
радиоле учитываю тся все особенности, связанные со стереофоническим радио­
приёмом (повышенная линейность тракта, индикация точной настройки и т. п.).
2. Стереофоническая ради ола без стереорадиотракта
Т акая радиола предназначена д л я обычного радиоприёма, но позволяет про­
игрывать стереофонические граммофонные записи. Д л я приёма стереофонических
радиопередач в тракт радиолы долж на быть введена схема разделения стерео­
каналов (полйрный детектор). П олярный детектор включается меж ду частотным
детектором и входами стереоусилителя низкой частоты.
При установке полярного детектора цепь компенсации предыскажений на
выходе частотного детектора отключается.
И спользование приставки — полярного детектора, к ак правило, не позволяет
полностью реализовать качественные показатели стереофонической передачи, как
это может быть достигнуто в специальном стереоприёмнике. О днако за неболь­
шим исключением приём на приёмнике с приставкой получается удовлетвори­
тельным.
3. М онофонический приёмник (р ад и ол а)
Обычные монофонические приёмники такж е могут быть приспособлены для
приёма стереофонических передач путём добавления приставки — полярного де­
тектора, О днако для такого приёмника в число дополнительного оборудования
входит, кроме полярного детектора, второй усилитель низкой частоты с акусти­
ческой системой. Д л я сохранения неискажённого стереовоспроизведения требуется
примерное совпадение частотных характеристик основного и дополнительного
трактов низкой частоты.
Развитие приёмной сети стереофонического вещ ания пойдёт по пути выпуска
стереофонических радиол со стереорадиотрактом. П риставки к обычным приём­
никам для приёма стереопередач выпускать в продаж у не предполагается.
Н а первом этапе внедрения стереофонического вещ ания стереорадиотракт
вводится в радиолы высшего и первого классов.
Приём стереофонического радиовещ ания предъявляет к f p a K x y приёмника
более жёсткие требования, чем приём обычных радиопередач в УКВ ЧМ д и а ­
пазоне.
71
Стереофоническое радиовещ ение
Это, в первую очередь, касается высокочастотного тр акта приёмника. Так,
ширина полосы пропускания для стереорадиол устанавливается равной для выс­
шего класса — 150-^180 кгц, для первого к л а с с а — И О ч-180 /сгц вместо
1 2 0 4 -1 6 0 кгц и 1204-180 кгц соответственно для монофонических приёмников. При
этом избирательность приёмного тракта не долж на ухудш аться.
Ч астотная характеристика стереорадиолы от входа до выхода частотного
детектора долж на быть линейной для частот от нижней звуковой до 50 кгц со
спадом на верхних частотах не более 3— 5 дб. Это несколько услож няет схему
частотного детектора, а та к ж е предъявляет дополнительные требования к мон­
таж у.
Схема восстановления поднесущей частоты (рис. 8 6 ) долж на быть выпол­
нена с соблюдением следующих требований: сопротивление R ' долж но быть, по
крайней мере, в 20 раз больше, чем сопротивление R q . Отношение сопротивле­
ния R'q к резонансному сопротивлению контура Z o = Q ( O o E долж но быть равно
0,25 с допуском —30%. Д обротность контура долж на быть Q = 1 0 0 с допуском
+ 30%. Расстройка колебательного контура относительно поднесущей частоты
31,25 кгц не долж на превыш ать 0,2%, т. е. около 60 гц.
Т ребования к схеме разделения стереоканалов (полярному детектору) сво­
дятся в основном к тому, что нелинейные искаж ения на выходе схемы при 100 процентной модуляции не долж ны превышать 3% , а переходные затухания меж ду
каналам и долж ны быть не меньшими, чем:
на частотах
200-+300 гц — 15 дб,
»
3004-5000 гц — 25 дб,
»
5000-7-10 000
15 6 6 ,
выше
10 000 гг^ — 8 дб.
Эти требования по мере накопления опыта производства стереорадиол б у д м
увеличены.
Вход
m i
f<\2 кУНЧИ
'
Рис. 24. Схема полярного детектора на лам пе 6Ф1П
Н а рис. 24 приведена схема разделения стереоканалов с полярным детек­
тором, собранная на лампе 6Ф1П (С 8=680).
Схема содерж ит цепь коррекции частотной характеристики
восста­
новитель поднесущей частоты и полярный детектор.
Восстановление поднесущей частоты происходит при помощи колебательного
контура Е + б , катуш ка которого собрана на ферритовом броневом сердечнике
ОБ-20. Число витков катуш ки 55X 2 проводом ПЭВ-2 0,31 мм. П римерная то л ­
72
Л . М . К ононович
щина прокладки меж ду чаш ками сердечника 0,15 мм. М атериал прокладки —
лакоткань. Добротность контура на частоте 31,25 кгц до монтаж а его на печатной
п лате не ниже 160.
Схема восстановления образована контуром, сопротивлением Rs и внутрен­
ним сопротивлением пентодной части лампы. При этом одновременно полярномодулированные колебания усиливаются лампой.
Детектор собран на диодах Д 2Е и включён через катодный повторитель.
П оэтому полярный детектор не шунтирует схему восстановления.
Н агрузка диодов подобрана так, чтобы величина 2nF T при 7 = 1 0 к гц была
равна примерно 1,5. Вслед за нагрузкой детектора установлена цепь компенса­
ции предыскажений R n C io (R n C u ).
При помощи полупеременного конденсатора Сг при настройке устанавливает­
ся максимум переходных затуханий меж ду каналам и. СГбычно настройка произ­
водится на частоте 1000 гц.
Сквозной коэффициент усиления схемы при 100-процентной модуляции на
частоте ‘1000 гц около единицы. Схема рассчитана на максимальный входной сиг­
нал 0,8 в. Потребление схемы по анодному току — 10 ма.
В настоящее время разработана такж е схема разделения стереоканалов, со­
держ ащ ая один транзистор П416А. Эта схема потребляет всего лишь 1 ма и
намечается к использованию в транзисторных стереоприёмниках.
Отечественной промышленностью намечен в первую очередь выпуск сле­
дующих стереофонических радиол с полярным детектором: радиолы высшего
класса «Симфония» и радиол первого класса «Ригонда» и «Беларусь-62».
Р азраб аты вается стереофоническая магнитола, которая позволит радиослу­
ш ателям производить запись стереофонических радиопрограмм на стереофониче­
ский магнитофон. Впоследствии предполагается ввести стереодетектор в болге
деш ёвые модели приёмной аппаратуры , вплоть до стереорадиол 3-го класса.
Перспективы развития стереофонического радиовещания
После утверж дения в США к регулярному вещанию системы «Зенит—Д ж ен е­
раль-Электрик» (июль 1961 г.) началось бурное развитие стереофонического ве­
щ ания. Менее чем через год, в апреле 1962 г. стереофоническое вещание в США
уж е велось через 91 радиостанцию со средним временем вещания каж дой стан­
ции около 10 часов в сутки. При этом некоторые станции перешли исключительно
на стереофоническое вещание. К концу 1962 г. стереофоническое вещание вело
у^ке около 300 УКВ ЧМ станций США.
Население проявило громадный интерес к стереофоническим радиопередачам.
Н есмотря на то, что стереофоническую радиоаппаратуру производят более чем
двадц ать фирм, а общее число моделей превысило пятьдесят, спрос на эту аппа­
ратуру до сих пор превышает предложение 110, М, 12 ].
Следует ож идать, что и в нашей стране этот новый вид радиовещ ания будет
пользоваться большой популярностью. Стереофоническое вещание позволит пе­
ренести атмосферу большого музыкального зал а домой к радиослуш ателям и, что
особенно важно, к тем слуш ателям, которые находятся вдали от крупных куль­
турных центров.
В настоящее время техническая база для широкой организации стереофони­
ческого вещания в Советском Союзе подготовлена. И меется обш ирная фонотека
высококачественных стереофонических магнитных записей. Промышленностью вы­
пущены стереофонические студийные магнитофоны и пульты для ведения стерео­
фонического вещания. Кроме стоек для укомплектования существующих передат­
чиков. проектируются новые типы укв передатчиков, содерж ащ ие аппаратуру для
стереофонических радио 1передач. Н аконец, как уж е было отмечено, модели сте­
реофонических радиол готовятся к широкому выпуску.
М ож но полагать, что через несколько лет стереофоническое вещание станет
привычным видом радиовещ ания в укв диапазоне.
Стереофоническое радиовеи^ение
73
ЛИТЕРАТУРА
1. S a s l a w D. «W hat H ath FCC W rought?». Audio, Ju n e 1961, pp. 18—21, 28.
2 . Г а’к Л И Н Д . И., К о н о н о в и ч Л . М., К о р о л ь к о в В. Г. Стереофони­
ческое радиовещ ание и звукозапись. Госэнергоиздат, 1962.
3. К о н о н о в и ч Л . М. «Звуковое сопровож дение телевизионных передач на
двух языках». «Техника кино и телевидения», 1963, № 1, стр. 7— 13.
4. М а н а е в Е. И. «О ширине полосы при приёме ЧМ сигналов, необходимой
д л я отсутствия нелинейных искажений». «Радиотехника», 1948, т. 3, № 5,
стр. 54—61.
5. C r o w h u r s t N. Н. «Clear Road for FM Stereo». «Radio-Electronics». Ju ly
1961, pp. 2 6 - 2 8 .
6 . C r o w h u r s t N. H. «More circu its for FM Stereo». «Radio-Electronics». Ju ly
1952, pp. 4 8 - 5 0 .
7. F e l d m a n L. «Convert to Stereo». «Radio-Electronics». O ctober 1961, pp. 44—49.
8 . К о н о н о в и ч Л . M. «Д етектирование полярно-модулированных колеба­
ний». «Электросвязь», № 1. 1964.
9. С и ф о р о в В. И. Радиоприёмные устройства. Воениздат, 1954.
10. « F M - S t e r e o Program s reach 70-Million Listeners». «E lectronics World», 1962,
V. 6 8 , V III, № 2. p . 75.
11. «Electronics», 1962, v. 35, № 38, p. 11.
12. «Radio-Electronics», 1962, № 4, pp. 40—41.
г. Б. АСКИНАЗИ, 3. Н, МИНЛИБАЕВ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА
ЗВУЧАНИЯ ПСЕВДОСТЕРЕОФОНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
РАДИОВЕЩАНИЯ
Стереофоническая звукопередача позволяет резко улучшить качество звуча­
ния радиовещ ательных программ. В настоящее время уж е широко используются
стереофонические магнитофоны, проигрыватели. Стереофония пришла в кино и
театры. Н а очереди стоит разработка систем стереофонического вещ ания по р а­
диоканалам .
Основная трудность при передаче стереофонического сигнала по радиока­
налу заклю чается в том, что необходима ш ирокая полоса пропускания канала,
так как требуется передать два радиовещ ательных сигнала. П равда, к настоя­
щему времени уж е разработано несколько систем стереовещания на укв. О днако
в диапазоне Д В , СВ и КВ, где полоса пропускания канала узка, осуществить
передачу двух стереосигналов практически нельзя. А меж ду тем создание систем
стереофонического звучания для этих диапазонов является очень актуальной з а ­
дачей, так как в эксплуатации находятся миллионы приёмников, имеющих лиш ь
Д В , СВ и КВ диапазоны.
Решение проблемы может быть найдено лишь в создании системы псевдостереофонин — системы, использующей узкий радиоканал, но по качеству зву ­
чания приближающийся к стереофонии.
О бязательным требованием к такой системе является совместимость, т. е.
возможность принимать псевдостереофонический сигнал либо как стереофоничес­
кий приёмником со специальной приставкой, либо, при отсутствии, таковой, как
обычный монофонический.
Чтобы выполнить это требование, в псездостереофонической системе основной
сигнал должен быть, очевидно, монофоническим, например, это может быть сум­
марный сигнал А л -Б . Но, кроме этого сигнала, в системе долж ен передаваться
ещё какой-то узкополосный управляющий сигнал, несущий информацию о н а­
правлении звука. При помощи этого сигнала в приёмнике со специальной пристав­
кой происходит разделение суммарного сигнала Л + Б на сигналы, соответствую ­
щие левой и правой сторонам.
«Правый» и «левый» сигналы отличаются друг от друга интенсивностью,
формой огибающих спектра и фазовыми сдвигами. Это является основой для
построения современных систем псевдостереофонического вещания. В настоящее
время предложено несколько таких систем [1, 2, 3, 4]. Например, в работах
Энкеля предлагаю тся два способа получения псевдостереофонии: интенсивностный и частотный.
Интенсивностный заклю чается в том, что по радиовещ ательному каналу пе­
редаётся суммарный сигнал Л + Б и огибающие сигналов Л и Б, которые форми­
руются на входе канала и являю тся управляющими сигналами. Они передаю тся
на поднесущих, леж ащ их в высокочастотной части звукового диапазона, низким
уровнем (на уровне помех). В месте приёма поднесущие выделяются узкополос­
ными фильтрами, усиливаются, детектируются, и затем, огибающие сигналов Л
и Б подаются к соответствующим управляемым элементам схемы. Управляемых
И сследование псевдостереофонических систем
75
блоков в системе два, в левом и правом каналах. К этим блокам подводится
и суммарный сигнал А л В . П утём управления огибающими громкость сумм ар­
ного сигнала в левом и правом каналах приёмника регулируется соответственно
интенсивностям сигналов Л и Б, в результате чего и получается псевдостереофонический эффект.
Частотный способ псевдостереофонии использует спектральные отличия сиг­
налов Л и Б. При этом способе в месте передачи проводят анализ спектра сиг‘
налов Л и Б. П оскольку, по утверждению Энкеля, для стереоэффекта имеет зн а ­
чение главным образом средняя область частот, то в процессе анализа наблю даю т
за интенсивностью сигналов в полосах 500— 1000 гц и 1000—2000 гц. В том слу­
чае, когда интенсивность сигнала канала Л или Б в одной из этих полос достигает
заданного уровня, формируется специальный управляющий пилот-сигнал, который
передаётся на поднесущей в высокочастотной части звукового спектра. В месге
приёма этот сигнал включает фильтр, подчёркивающий составляющ ие соответ­
ствующей полосы частот в данном канале. Описанная система даёт очень ограни­
ченное управление спектром сигнала, хотя требует довольно сложной приёмной
аппаратуры .
У. С. П ерсиваль предложил систему интенсивностной псевдостереофонии, н
которой управляющий сигнал получается путём деления огибающей сигнала Л
на огибающую сигнала А Л В . Таким образом, в приёмнике суммарный сигнал
А л В умнож ается не на огибающую сигнала Л, к ак а системе Энкеля, а на отЛ
ношение:
что даёт более близкое к действительности изменение интенсив­
ности канала Л на выходе приёмника. Сигнал Б получается в приёмнике путёмвычитания ( А л В ) — Л = Б . Система П ерсиваля каж ется более перспективной п а
сравнению с системой Энкеля.
Л ю бая псевдостереофоническая система предполагает использование на при­
ёмном конце тракта специальной приставки для выделения управляющ его сиг­
нала и произведения необходимых преобразований с суммарным сигналом Л -ь Б .
Это означает, что радиослуш атель, желаю щ ий получить псевдостереофоническое
звучание, долж ен нести некоторые дополнительные материальные затраты . В т а ­
ких условиях псевдостереофоническая система будет ж ить лишь тогда, к о гд а
звучание её окаж ется намного качественнее существующего монофонического,
т. е. если псевдостереофоническое звучание по качеству будет близко к стерео­
фоническому.
Таким образом, ключевым вопросом развития псевдостереофонии являете»
качество её звучания. Д л я выяснения того, насколько отличается псевдостерео­
фоническое звучание от обычной монофонии и дв>хканальной стереофонии и
насколько предпочтительнее для радиослуш ателей псевдостереофония по сравне­
нию с монофонией и двухканальной стереофонией*), были проведены субъектив­
но-статистические экспертизы со специально созданной аппаратурой, позволяющей:
получить псевдостереофоническое звучание.
Монофоническое звучание воспроизводилось с двух разнесённых громкого­
ворителей, так как в противном случае имелась бы слишком большая разница
>1еж ду монофонией и псевдостереофонией из-за включения второго громкогово­
рителя. В качестве контрольного опыта проводили сравнение стереофонии с мо­
нофонией при воспроизведении последней через два разнесённых громкогово­
рителя.
Экспертам давались для прослуш ивания короткие (длительностью б— 10 сек)'
отрывки звукового материала, которые воспроизводились через различные к а н а ­
лы: моно, стерео и псездостерео. К аж ды й отрывок в одной экспертизе зву чал
четыре раза, поочерёдно через два сравниваемых канала, например, моно—
стерео или стерео—псевдостерео и т. д. Эксперт имел возмож ность в этих усло‘) М етодика проведения субъективно-стати''тических экспертиз была подобна м ет од и ке, которая использовалась в работах по исследованию качественных показателей р ад и о­
вещ ательных каналов [51
76
Г . Б. А скинази, 3. Н , М инлибаев
ВИЯХ трижды сравнить звучания. Он не знал, конечно, как преобразовывается
сигнал. П ередн им заж игались лишь два световых табло — Л и ь , причём эксперт
не знал и того, каким условиям воспроизведения соответствуют сигналы табло.
В анкете эксперта просили лишь отмечать, заметил ли он разницу меж ду зв у ­
чанием Л и звучанием Б, и если да, то какое звучание каж ется ему предлочтительнее. Впрочем, за экспертом оставалось право в этом эксперименте не отдавать
предпочтения ии тому, ни другому звучанию.
По показаниям экспертов находились средние проценты заметности и преппочтения того или иного вида звучания, что позволяло решать вопрос о качестве
псевдостереофонического звучания и его отношении к стереофонии и монофонии.
Исследовались две системы псевдостереофонии — интенсивностная и спек­
тральная.
Интенсивностная псевдостереофония
Блок-схема аппаратуры интенсивностной псевдостереофонии приведена на
рис. 1. Сигналы Л и Б со стереофонического магнитофона поступают вначале на
магнитофонную линию задерж ки, где один из них (Л) задерж ивается на время
т = 1 0 мсек относительно другого. З ад ер ж к а долж на усилить псевдостереофони­
ческий эффект системы. Д алее сигнал Л = 0 ^ ( £+ т ) + т ) (где 0 ^ (£ + т) — оги­
баю щ ая, / д ( ^ + т ) — высокочастотная составляю щ ая) подаётся на суммирующее
устройство и на детектор схемы ф ормированйя правого управляю щ его сигнала.
Делящее
N
устройстбо
А'
д OAlt-Q M t
0 ,.вМ
О
Линия
зад ерж ки .
Суммирую­
щее
устройшдо
Умножающее
устроастдо
УНУ
<
Рис. и Блок-схем а аппаратуры интенсивной псевдостереофонии
Сигнал
f ^ i t ) такж е подаётся на суммирующее устройство и на
схему формирования левого управляю щ его сигнала.
Н а выходе суммирующего устройства получается суммарный сигнал
представляю щ ий собой монофонический сигнал, который передаётся по радио­
к ан ал у .и может быть принят любым обычным приёмником. Кроме того, суммар-
77
И сследование псевдостереофонических систем
ный сигнал подаётся на обе формирующие схемы. Н а выходе этих схем, в ре­
зультате детектирования и деления огибающих, образую тся управляю щ ие сигналы
N--
М -.
ОАЛ-в (О
О'АЛ-В (О
которые так ж е передаю тся по радиоканалу приёмника.
В ысокочастотная часть радиоканала в установке не макетировалась, так
как она не имеет принципиального значения при исследовании качества зв у ­
чания системы.
П риёмная часть установки состоит из умножаю щ их устройств, усилителей
низкой частоты УНЧ и громкоговорителей. Суммарный монофонический сигнал
и сигналы управления поступают вначале на умножаю щие устройства, где проис­
ходит восстановление огибающих и затем через УНЧ на громкоговорители.
Восстановленные сигналы равны соответственно:
й ' = О в (0 /л + в (0 Они имеют огибающие исходных сигналов
(£ + т ) и 0 ^ (О , но одинаковые
высокочастотные составляющ ие, с одной и той ж е огибающей спектра
Результаты субъективно-статистических испытаний на заметность и на пред­
почтение, проведённых при помощи описанной аппаратуры , приведены в табл. 1
и 2 соответственно. В обоих случаях испытания проводились с задерж кой одного
йз каналов на время т = 10 жсв/с и без
ТАБЛИ ЦА 2
задерж ки . В экспертизах участвовало
ТАБЛИЦА 1
Способы воспроизведения
сравниваемых каналов
Монофоническое — сте­
реофоническое
Монофоническое—псевдостереофоническое (без
задержки)
Стереофоническое—
псев достер еоф он ич еское
(без задержки)
Монофоническое—ПСевдостереофоническое (в од­
ном канале задерж ка)
Стереофоническое—
псевдостереофоническое
(в одном канале зад ер ж ­
ка)
Заметность
Способы
воспроизведения
Предпо­
читающие Не зам е­
тившие
звучание
разницы
^
1 Б
Монофония
(Л) —
— стереофония (Б)
13
67
%
%
20
75
Монофония
(Л) —
—псевдостереофония(Б) 7 .5 32,5
60
34
Стереофония (Л) —
— псевдостереофо­
50
ния (Б)
34
5 5 ,5
Монофония
(Л) —
— псевдостереофо­
ния (Б) (с задерж кой
5 .5 35,5
в одном канале)
59
Стереофония (Л) —
— псевдостереофо­
ния (Б) (с задержкой
65
в одном канале)
14,5
2 0 ,5
9
8 3 ,5
41
8 2 ,5
Проверочный эксп е­
римент стерео— стерео 7 .5
16
78
7 . Б. А скинази, 3. Н» М инлибаев
48 человек. Воспроизводилось пять отрывков: оркестр, хор, м уж ская речь, ж ен ­
ское пение, ансамбль электромузыкальных инструментов. Таким образом, в экс­
пертизах на каж дую точку было получено 240 экспертопоказаний.
Таблицы хорошо согласуются друг с другом. Результаты экспертиз на пред­
почтение подтверж даю т результаты, полученные в испытаниях на заметность.
Анализ полученных данных позволяет сделать следующие выводы:
1) Чистое стереофоническое звучание резко отличается от монофонического,,
воспроизводимого двумя разнесёнными громкоговорителями, и предпочитается
большинством радиослушателей.
2 ) Разница меж ду псевдостереофонией и монофонией невелика, разница м еж ­
ду псевдостереофонией и стереофонией больше. Это означает, что качество зву­
чания псевдостереофонии леж ит где-то посередине меж ду стереофонией и моно­
фонией, но ближе к монофонии, когда она воспроизводится двумя разнесёнными
громкоговорителями.
3) Введение задерж ки в один из каналов при получении псевдостереофонни
несколько улучш ает качество звучания, разница меж ду монофонией и псевдостеТАБЛИЦА 3
реофонией возрастает, но ненамного, т. е. за ­
держка не даёт решающего скачка качества
псевдостереофонических передач.
Предпоч­
Способы
тение
4)
Д л я слушателей, заметивш их разницу
воспроизведения
%
меж ду
псевдостереофонией и монофонией,,
псевдостереофония предпочтительнее.
Монофония (Л)
1 2 ,6
По мнению У. С. П ерсиваля, качество зв у ­
чания псевдостереофонических систем заметно
Псевдостереофо­
улучш ается, если ввести дифференцирование в.
ния (Б)
25
цепях,формирующих управляю щ ие
сигналы,,
т. е. если усилить роль высоких частот в сигна­
лах управления С целью проверки этого у тверж ­
дения в экспериментальном псевдостереофониН ет разницы
6 2 ,4
ческом тракте было введено дифференциро­
вание сигналов и проведены дополнительные
экспертизы на предпочтение. Д ифференцирую щие цепочки были введены в цепи
управления. Результаты экспертиз приведены в табл. 3.
К ак видно из таблицы, введение дифференцирования в каналы управления
не сказалось на качестве псевдостереофонического звучания. С луш атели по-преж ­
нему мало отличают псевдостереофоническое звучание от монофонического.
Спектральная псевдостереофония
Существующие в настоящ ее время способы частотной псевдостереофонии не
даю т заметлого улучшения качества радиовещ ания. Способ Энкеля, о котором го­
ворилось выше, мож ет дать лишь ограниченное представление о локализации
источников звука. Основным недостатком метода Энкеля является отсутствие не­
прерывного управления частотной характеристикой аппаратуры звуковоспроизве­
дения на приёмном конце. Полосовые фильтры на бОО-г-ЮОО гц и ЮООн-2000 гц
включаются на приёмном конце лишь в те моменты, когда сигналы передачи до­
стигают определённого уровня в указанны х интервалах частот, текущий ж е спектр
сигналов реальной передачи изменяется непрерывно. П оэтому для существенного
улучшения качества радиовещ ания при спектральной псевдостереофонии необхо­
димо было разработать и испытать такую аппаратуру, в которой осущ ествлялось
бы непрерывное автоматическое управление частотной характеристикой каналов
на приёмном конце в зависимости от изменения текущего спектра сигналов п р а­
вого и левого каналов на передающем конце.
Д л я экспериментальной оценки эффекта частотной псевдостереофонии был
разработан н испытан лабораторный .макет такой аппаратуры, блок-схема которой
показана на рис. 2 .
79
И сследование псевдостереофонических систем
а:
а;
3
са.
о
S
о
со
о
::s)
со
3
§
«8 о
г:
о
С§
со
I
§
§
§
аг
0
at
1
§.
Q
at
it
О
as
CU
80
Г. Б, А скинази, 3 . Я. М инлибаев
Н а передающем конце звенья от предварительного усилителя до ф азочувст­
вительного детектора составляю т устройство для формирования напряж ения, не
зависящ его от интенсивности, но монотонно возрастаю щ его с частотой подводи­
мого к нему сигнала.
Комбинация четырёх фазочувствительных детекторов служит для ф ормирова­
ния напряжения, зависящ его от спектрального различия сигналов правого и ле­
вого каналов передачи.
Н а приёмном конце перед усилителем воспроизведения .имеется четырёхполюс­
ник с управляемой частотной характеристикой, который состоит из четйрёх полу­
проводниковых диодов, включённых по мостовой схеме, и ёмкости.
В устройстве формирования управляю щ его напряж ения новым, а потому тре­
бующим пояснения, является способ получения управляю щ его напряжения, моно­
тонно возрастающ его с частотой и не зависящ его от амплитуды входного сигнала.
Формирование управляющ его напряж ения зависит от способа управления
частотной характеристикой каналов. Управление мож ет быть независимым я
взаимозависимым. Независимым будем считать случай, когда данный канат,
приёмного конца управляется напряжением, формируе.\1ым от сигнала соответст­
вующего передающего канала, независимо от сигнала другого канала передачи;
взаимозависимым — случай, когда управление каж ды м каналом зависит от
спектра обоих сигналов передачи.
Формирование напряж ения для независимого управления происходит сле­
дующим образом.
Сигнал данного к анала передачи предварительно усиливается и далее посту­
пает одновременно на усилитель У\ с равномерной частотной характеристикой и
на усилитель Уг с частотной характеристикой, линейно возрастающ ей с частотой.
Д ал ее сигнал на выходе каж дого усилителя (У 1 и Уг) выпрямляется и сгла­
ж ивается так, чтобы в любом интервале времени длительностью 10 мсек сглаж ен­
ный сигнал можно было с известной точностью считать постоянным.
В случае синусоидальности входного сигнала напряж ения на выходе усили­
теля У\ после выпрямления пропорционально амплитуде сигнала А
£ /„ 1
Н апряж ение на выходе усилителя Уг после выпрямления
произведению амплитуды А на частоту сигнала о)
пропорционально
£7^2 ~
Коэффициенты К\ и К2 путём изменения усиления потенциометром на входе
усилителя У\ выбираю тся таким образом, чтобы на некоторой средней частоте
/о напряж ение £7^j равнялось напряжению £7 ^ 2 •
Тогда
/С2
1 _
1
Чтобы получить напряжение, не зависящ ее от амплитуды, достаточно взять,
разность логарифмов от £7 ^ 2 ^
•
lg£7_2 = IgACgCD + Ig A ,
=lgKl+lgЛ,
lgt/_2 —
Эти
помощи
бающей.
тектора
= lgK2“>— IgKl = Ig — <" = Ig — = I g - ^ •
Ki
«>0
fo
операции выполняются логарифмирующей цепочкой, подключаемой при
коммутатора поочерёдно на выход то одного, то другого детектора оги­
П редполагается, что выпрямленный и сглаженный сигнал на выходе де­
за время полупериода переключения (10 мсек) не сильно изменяется.
И сследование псевдостереофонических систем
81
Н а выходе логарифмирующего устройства получается напряжение, имеющее
форму прямоугольной волны, амплитуда которой пропорциональна
. Т ак
/о
как коэффициенты пропорциональности при этом значительно меньше единицы, то
полученное таким образом напряж ение необходимо усилить. Чтобы не услож нять
схему импульсным усилителем, применён селективный усилитель для усиления
лишь первой гармоники прямоугольной волны. Таким образом, на выходе селек­
тивного усилителя в случае синусоидального сигнала на входе получается сину­
соидальное напряж ение с частотой коммутации логарифмирующего устройства*
(50 гц) с амплитудой, пропорциональной Ig — .
/о
в случае, когда текущий спектр входного сигнала изменяется во времени,,
амплитуда синусоидального напряж ения на выходе селективного усилителя из*
меняется в соответствии с изменением частоты доминирующих составляющих
данной передачи.
Чтобы получить напряжение, линейно зависящ ее от частоты входного сигнала,,
нужно напряж ение
6/ = /с Ig
(при /с = 1)
10
пропустить через потенцирующее устройство.
Так как характеристика окончательного варианта управляемого элемента о к а­
залась такой, что более эффективное управление получается, когда подводимое
напряжение изменяется почти по логарифмическому закону, то отпала необходи­
мость применять потенцирующее устройство, что значительно упростило схему.
Из вы раж ения для управляю щ его напряж ения
( / = / c ( I g t / _ 2 — ‘2 ^ = 1 ) =•« ’б т "
10
ВИДНО, что н а п р я ж е н и е п о л о ж и т ел ь н о или отр и ц ател ьн о в зав и си м ост и от т о го ,
б у д е т ли ч а ст о т а в ы х од н ого си гн ал а бол ьш е или м еньш е
ср ед н ей
частоты
/о= 8 0 0 гц.
Д л я учёта знака напряж ения на выходе формирующего устройства приме­
няется фазочувствительный детектор. Н апряж ением ««питания» для него служит
50-периодНое переменное напряжение, от которого одновременно работает и ком­
мутатор.
Если формирующее устройство каж дого канала оканчивается одним ф азочузствительным детектором и выходное напряжение последнего подводится к уп р ав­
ляемому диодному мостику соответствующего канала, то имеем независимое уп­
равление. Если ж е формирующее устройство каж дого канала оканчивается парой
фазочувствительных детекторов, от которых управляю щ ие напряж ения подводят­
ся к управляемым диодным мостикам по схеме рис. 2 , то имеем взаим озависикое
управление.
В основу разработки устройства с управляемой частотной характеристикойположена идея .использования схемы простейшего четырёхполюсника с таким эле­
ментом, электрическая величина которого ж елательным образом зависела бы or
подводимого к нему управляю щ его напряжения. В качестве такого элемента были
испробованы вариконды, ферриты, электронные лампы, лолупроводниковые дио­
ды и триоды. И з них наиболее подходящими оказались полупроводниковые «от­
крытые» диоды, активное сопротивление которых в известных пределах эфф ектив­
но изменяется в зависимости от подводимого к нему управляю щ его напряжения.
Вариконды и ферриты обладаю т нежелательной гистерезисной петлей и не обе­
спечивают необходимый диапазон регулировки. Полупроводниковые триоды, хотя
и обладаю т гораздо большей чувствительностью и достаточным диапазоном регу­
82
Г. Б, А скинази, 3. Н . М инлибаев
лировки, очень чувствительны в используемой схеме к помехам по цепи управ­
ления.
Электронные лампы (триоды) так ж е подвержены помехам хотя в несколько
меньшей степени, чем полупроводниковые триоды. «Запертые» полупроводниковые
диоды обладаю т очень малой управляемой ёмкостью, далеко недостаточной для
управления в области звуковых частот, и, кроме того, недостаточным диапазо­
ном управления.
У «открытых» полупроводниковых диодов активное сопротивление изменяет­
ся с изменением управляющ его напряж ения в достаточно широких пределах в
ж елательном направлении. Кроме того, они легко могут быть использованы в ба­
лансной схеме для преграж дения помех по цепи управления. П оэтому в оконча­
тельной схеме в качестве управляемого элемента был использован мостик из че­
тырёх одинаковых диодов Д102. Все диоды одновременно ставятся в «открытый»
режим работы от одного источника электродвижущ ей силы типа Ф БС, включён­
ного последовательно на выходе фазочувствительного детектора.
Сопротивление в диагонали мостика ш унтирует его проходное сопротивле­
ние, когда последнее в процессе управления делается очень большим. Хотя это
сопротивление несколько суж ивает предел регулировки, зато оно предотвращ ает
запирание данного канала при чрезмерном увеличении проходного сопротивления
«диодной четвёрки».
Р асп олагая таким управляющим элементом, можно сделать четырёхполюсни­
ки как с переменной крутизной частотных характеристик при неизменной частоте
перехода (I тип семейства характеристик), так и с переменной частотой перехода
при неизменной крутизне (II тип семейства характеристик).
<~э Ci
Са <=эс:ас:> ^ ^
«Ч»
-sr-
^
Г"*.Оо ^
^
Рис. 3. Частотные характеристики четырёхполюсника
Чтобы не услож нять схему, в экспериментальном макете использовали наи­
более простую схему, которая даёт правую (высокочастотную) половину семейст­
ва характеристик второго типа при неизменной низкочастотной половине.
Д иодная четвёрка при правильном выборе рабочей точки представляет собой
по отношению к суммарному сигналу эквивалент активного сопротивления, ве­
личина которого зависит от управляющ его напряж ения. Этот эквивалент сопро­
И сследование псевдостереофонических систем
83
тивления с последующей за диодной четвёркой ёмкостью С представляет собой
четырёхполюсник, коэффициент передачи которого
/с =
*
I + i о» /?С
Так как R является функцией управляющ его напряж ения, т. е. R —f { U) , то
1
Н а рис. 3 представлены частотные характеристики этого четырёхполюсника
при трёх различных значениях управляю щ его напряж ения. Имеющийся завал
характеристик в области высоких частот корректируется в схеме последующего
усилителя нч.
И сследования качества звуковоспроизведения при спектральной псевдостерео­
фонии проводились так же, как при интенсивностной псевдостереофонии. Экспе­
рименты при этом отличались только аппаратурой, необходимой дл я получения
данного типа псевдостереофонии: дл я интенсивностной — по схеме рис. 1, для
спектральной — по схеме рис. 2 .
Результаты субъективно-статистических экспертиз при спектральной псевдо­
стереофонии приведены в табл. 4 для следующих случаев:
I — для спектральной псевдостереофонии при независимом управлении ча­
стотными характеристиками;
II — для спектральной псевдостереофонии при взаимозависимом управлении;
III — для случая совместного действия аппаратуры спектрального и интенсивностного псевдостереофонического воспроизведения.
Сравнение сводных данных для с л у ч а е в - независимого и взаимозависимогб
управления показывает, что заметность различия псевдостереофонического и мо­
нофонического воспроизведения, к ак и следовало ож идать, больше при независи­
мом управлении (60% дротив 35% ).
Ыо при этом меньший процент слушателей предпочитает псевдостереофонию.
(Всего 40% против 60% из числа дающих предпочтение тому или другому виду
воспроизведения.)
При взаимозависимом управлении частотной характеристикой получается об­
ратная картина. Из числа слушателей, даю щих сценку о предпочтении, 60% пред­
почитают псевдостереофонию против 40%, предпочитающих монофонию.
Этим однозначно реш ается вопрос о том, каким долж но быть автоматическое
управление — независимым или взаимозависимым. Управление долж но быть взаи ­
мозависимое, т. е. управляю щ ее напряжение дл я каж дого канала долж но зав и ­
сеть от спектрального различия сигналов.
Что ж е касается совместного применения спектрального и интенсивностного
псевдостереофонического способов воспроизведения, то согласно сводным д а н ­
ным экспертиз такой комбинированный способ не улучш ает качества псевдо­
стереофонического воспроизведения. Оно мало отличается от монофонического,
и большинство тех, кто слышит разницу в звучании, даёт предпочтение моно­
фоническому.
Основным недостатком спектрального псевдостереофонического воспроизведе­
ния является эффект переброса локализации источников звука. Один и тот ж е
музыкальный инструмент слышен то справа, то слева в зависимости от того, к а ­
кие звуки он издаёт — высокие или низкие. Этот эффект по оценке квалифици­
рованных экспертов (музыкантов, режиссёров) особенно неприятен, когда доми­
нирующими являю тся звуки рояля или других инструментов, место расположения
которых в оркестре точно установлено музыкальной традицией. Он, разумеется,
присущ любому способу спектрального псевдостереофонического воспроизведения.
ТАБЛИЦА 4
2
Экспертопоказания в % от общ его числа экспертопоказаний для случаев
II
I
Материал в отрывках
о 0?
о я
i5 S
Sg
S
fcCо
со со
п
(X
о
III
предпочтение
предпочтение
сг
0
с
fcc
S.
с
S
о
S
1
5 6 ,6
2 8 ,4
Л
“ g
gg
ня
lg
со со
т Си
dg
II
II
§X
я
я
1
с
предпочтение
Л
ЙЯ
о я
X 3*
ня
Р я
Г*1 я
я
Я
Я
1
я0
1
к
к
с
2 7 ,5
5 2 ,5
6 2 ,5
30
45
25
17,5
6 7 ,5
&
§
S-&
§
S
я
С
S2.
Сл
:ь
Эстрадный оркестр
72
15
Симфонический оркестр
40
30
25
45
20
12,5
80
40
15
М ужская речь
6 8 ,4
18,3
40
4 1 ,6
6 2 ,5
50
20
30
20
10,5
3 7 ,5
52
Электромузыкальные инструменты
45
25
2 8 ,4
4 6 ,6
3 2 ,5
12,5
15
2 2 ,5
12,5
2 2 ,5
65
V1C
Ж енское пение
7 3 ,3
30
4 1 ,6
2 8 ,4
20
20
7 2 ,5
7 2 ,5
3 .5
25
17,5
5 7 ,5
Со
Сводная графа
60
24
3 8 ,5
38
35
22
16,5
40
60
60
40
45
20
7 ,5
7 ,5
6 1 ,5
%
3 5 ,5
18,5
28
5 3 ,5
5С
X
из числа предпочитающих
О
И сследование псевдостереофонических систем
85
Указанный эфф ект перебрасы вания источников то в одну, то в другую сто­
рону ощ ущ ается и в случае интенсивностного псевдостереофонического воспро­
изведения. Этим, очевидно, и объясняется ухудшение качества воспроизведения
при комбинации этих двух способов.
Анализ результатов проверки методов псевдостереофонического воспроизве­
дения позволяет сделать вы вод о том, что эти методы в лучшем случае могут
быть использованы для создания каких-то специфических эффектов, но не для
создания иллюзии о реальном расположении источников' звука в передающем
пункте. По-видимому, при изыскании методов псевдостереофонии необходимо со­
средоточить внимание на других факторах, характеризую щ их стереофоническое
восприятие звука, например, на эффекте л а а з а .
И так, проведённая экспериментальная работа по проверке качества звучан . 1Я
псевдостереофонических систем позволяет сделать вывод, что в настоящее время
внедрение существующих систем псевдостереофонии мало перспективно. П одоб­
ные системы потребуют от радиослуш ателя дополнительных материальных затрат,
в то время как качество полученного звучания практически не будет отличаться
от монофонического при воспроизведении монофонии двум я разнесёнными гром­
коговорителями.
Д л я успешного внедрения псевдостер^еофонических систем необходимо резко
повысить качество их звучания. Сделать это можно, очевидно, не путём частич­
ного усовершенствования существующих методов получения псевдостереофонли,
а изыскивая принципиально новые пути получения более полной информации о
пространственном расположении источников звука.
Л ИТЕРАТУРА
1. E n k e l F . Die U bertragung raum licher S ch allfeld —stru k tu re n uber einen K anal
m it H ilfe unterschw elliger Pilotfrequenzen. «E lektronische R undschau», 1958,
№ 10, S. 3 4 7 -3 4 8 .
2 . E n k e l F. Grenzen der Trickstereophonie m it unterschw elligen Pilotfrequenzen.
«Elektronische Rundschau», 1959, № 10, S. 362—364.
3. P e r s i v a l W. S. A compressed — bandw idth stereophonic system for rad io
transm ission. «IRE Intern. Conv. Rec.», 1960, p t. 7, p. 145— 151.
4. Патенты СССР, пл. 42д, rp. 8оз, №133001 и 133002.
5. И сследование заметности искажений в радиовещ ательны х каналах под ред.
И. Горона, С вязьиздат, 1959,
7—283
и.
Е, ГО Р О Н , В. Я. ГУ Ч Е Н К О , О. Л. П О С Т Н И К О В А
ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕН
ДВУХКАНАЛЬНЫХ СТЕРЕОФОНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Общие сведения
В связи с развитием стереофонического вещ ания весьма важным является
вопрос о нормировании качественных показателей аппаратуры, предназначенной
дл я двухканального стереофонического вещания и звуковоспроизведения.
Н иж е даётся краткое описание исследований, проведённых лабораторией
Н И И М инистерства связи СССР совместно с кафедрой радиовещ ания и акустики
М ЭИС. В разработке и настройке аппаратуры и в проведении экспериментов при­
нимали участие тт. С таниславская И. Б., Арон И. Б., Родити С. В., П авлова В. И.
Результаты этих исследований могут быть использованы для установления
норм.
Метод исследования
И сследования качественных показателей долж ны , были дать возможность
установить связь меж ду объективной мерой исследуемых искажений или помех
и их субъективным восприятием. П оэтому методом исследования явился метод
субъективно-статистической экспертизы, подробно описанный в [ 1].
Рис. 1. Блок-схем а одного канала стереофонического тракта:
1 — стереофонический
3 — громкоговорит ель,
магнитофон,
2 — двух к ан ал ьн ы й
усилитель,
4—8 — искаж ающ ие элементы, 9 — переключентели вх о д а и вы хода
Д л я Проведения исследований была разработана аппаратура и укомплекто­
ван экспериментальный тракт (рис. 1 ), позволяющ ий осуществлять условно не­
искажённое двухканальное стереофоническое, а так ж е монофоническое звуковос­
произведение и вводить дозированные искажения.
Условно иеискаж аю щ ий канал включает стереофонический магнитофон, мощ­
ный двухканальный усилитель и два высококачественных широкополосных гром­
коговорителя. Тракт позволяет воспроизводить диапазон частот 404-15 000 гц с
неравномерностью не более 8 — 10 дб. Нелинейные искаж ения громкоговорителей
совместно с усилителями не превышают 1%. Динамический диапазон каж дого к а ­
нала (определяется магнитофоном) составляет 50 дб.
П ереходное затухание меж ду каналам и (определяется магнитофоном) — не
менее 38 дб во всём диапазоне частот.
Качественные показатели стереофонических систем
87
Схема тракта обеспечивает возможность включения тех или иных и скаж аю ­
щих элементов в оба к ан ал а одновременно или только в один из каналов.
В качестве искаж аю щ их элементов использованы:
1. П анели ограничения диапазона частот, позволяющ ие ограничивать полосу
пропускания снизу до 50, 100 и 200 гц и сверху — до 10 000, 6000 и 4000 гц.
2. П анели пиков, провалов и плавных спадов частотной характеристики, по­
зволяю щ ие вводить пики величиной 5 и 10 6 6 и провалы величиной 10 6 6 на р а з­
личных частотах звукового спектра, а такж е вводить плавные спады величиной
3,6 и 10 6 6 к границам полосы пропускания.
3. Кубичные исказители, позволяющ ие вводить нелинейные искажения кубич­
ного характера, причём величина третьей гармоники могла плавно изменяться в
пределах 1-т-40%.
4. Источники помех. Источниками фона служили генераторы низкой часто­
ты, шум равноамплитудный, а такж е атмосферная помеха, предварительно зап и ­
санные на плёнку. Записи воспроизводились магнитофонами.
5. Регуляторы, позволяющ ие изменять коэффициенты передачи правого и ле­
вого каналов, обеспечивая этим заданный разбаланс уровней.
6 . И сказитель, позволяющ ий вводить частотнонезависимое переходное зату ­
хание меж ду каналам и.
7. Устройство, позволяющ ее ограничивать полосу пропускания канала р а з­
ностной информации.
К онтроль уровня программы в тракте производился индикатором квазимаксимальных значений с временем интеграции 2 0 мсек, контроль уровня фона и ш ума
осущ ествлялся вольтметром-индикатором эффективных значений, контроль уров­
ня атмосферных помех производился импульсметром типа «Тонмессер» с време­
нем интеграции 10 мсек.
Уровень громкости в помещении прослуш ивания контролировался шумомером и поддерж ивался на уровне пиано, условно принятом равным 60 6 6 при ис­
следовании помех, и устанавливался в среднем равным 74—80 дб во всех осталь­
ных случаях. В качестве помещения прослуш ивания использовалась м алая сту­
дия площ адью 24 м'^ с временем реверберации 0,5 сек, по своим акустическим
данным приближ аю щ аяся к средней жилой комнате.
Программный звуковой материал давался в записи на плёнку и по своему
содержанию отличался разнообразием; для прослуш ивания отбирались отрывки
в исполнении симфонического «оркестра, эстрадного оркестра, органа, хора и от­
дельные вокальные исполнения. Отрывки подбирались, с одной стороны, по прин­
ципу наибольшей заметности искажений, с другой стороны, так, чтобы они были
типичными в смысле явности стереоэффекта.
В исследованиях принимали участие как квалифицированные эксперты со спе­
циальным музыкальным образованием — звукорежиссёры центрального радиО'
вещания, так и эксперты без специального музыкального образования, не трени­
рованные в обнаружении искажений.
При проведении исследований заметности искажений амплитудно-частотных,
нелинейных и различных помех (исказитель 1—4 ), группе экспертов в 10 человек
предоставлялась возможность для каж дой данной дозированной величины д ан ­
ного искаж ения трижды сравнить искажённое (с введёнными искажениями) и не­
искажённое звучание данного отрывка. Вслед за этим в зависимости от стоящей
в данной серии испытаний задачи эксперты долж ны были ответить на вопрос либо
о заметности разницы в звучании, либо о предпочтении того или иного звучания;
либо о заметности изменения локализации каж ущ ихся источников звука.
При исследовании заметности искажений, специфических для стереофонии,
вызванных разбалансом уровней, уменьшением переходного затухания меж ду к а ­
налами, ограничением полосы пропускания канала разностной информации опи­
санная выше методика была несколько видоизменена применительно к задачам
исследования; подробное описание этих видоизменений даётся ниже.
Величина вводимых искажений изменялась не плавно, а вразброс, бывали
такие циклы, когда искажения вовсе не вводились и сравнивались звучания одно*
7*
88
И. Е. Горон, В. П, Гученко, О. А . Постникова
го и того ж е неискажённого овукового материала. При таком способе введения
искажений внимание экспертов поддерж ивалось в напряжённом состоянии на про­
тяжении всего эксперимента.
Длительность звучания отрывка составляла 6 — 10 сек. Т акая м алая длитель­
ность (соответствую щ ая примерно длительности звучания законченной музы­
кальной фразы) облегчала работу экспертов и соответственно уменьш ала про­
цент ошибочных экспертопоказаний.
Обсуждение результатов исследования
Результаты исследований оформлялись в виде графиков, представляю щ их
собой зависимость либо заметности, или предпочтения в процентах, либо относи­
тельного смещения каж ущ егося источника звука от величины вводимого иска­
ж ения.
Частотные искажения
Кривые заметности ограничения диапазона частот сверху при введении огра­
ничения в оба канала стереосистемы, в один канал той ж е системы, а такж е при
100
•—
у
80
у
у*'
1*50
I.
у
/
/
■_
—
у
/
у'
г
20
юоооги
6000гц
Частота ограничения
иорогц
Рис. 2. Заметндсть ограничения частотного диапа­
зона по вч:
------------ ограничение в м оноканале 1070 эп,
—
ограничение в одном канале при стереовос­
п рои зведени и 280 эп,
——^ • — ограничение в д в у х к а н а л а х при стереовос­
п рои зведени и 410 эп
введении ограничения в монофоническую систему воспроизведения приведены на
рис. 2 (последняя кривая построена по данным работ 1954 г., по исследованию
качественных показателей радиовещ ательны х каналов).
И з сравнения кривых следует, что ограничение высоких частот в стереофо­
нической системе несколько более заметно, чем в монофонической, но разница в
восдриятии в общем практически невелика. Введение искажений только в один
канал, естественно, несколько понижает их заметность.
Аналогичным образом представлены результаты исследования ограничения
полосы частот снизу (рис. 3).
Качественные показатели стереофонических систем
89
И з рассмотрения кривых видна примерно одинаковая заметность искажений
как при стереофоническом, так и при монофоническом воспроизведении; несколько
менее заметно ограничение нижних частот в одном канале стереосистемы. Р е ­
зультаты сравнительной оценки монофонического и стереофонического звуковос­
произведений даны на рис. 4.
П реобладаю щ ее большинство слуш ателей предпочитают стереофоническое
воспроизведение высшего (304-15 000 гц ), первого (50-f-10 000 гц) и д аж е второ-
Частота ограничения
Рис. 3. Заметность ограничения частотного диапазо­
на по нч:
—
о граничен ие в м оноканал е 459 эп.
6 одном канале при ст ереовоспроизведении 410 эп,
— в д в у х каналах при ст ереовоспроизведении 280 эп
too
дО
I
В «о
I
40
I
%
го
—' Диапазон
^
частот
Рис. 4. Предпочтение стереофонического звуча н и я в сравнении с м о­
нофоническим двум я группам и — 410 эп звукореж иссёры и сотрудни­
ки НИИ:
* — м онополоса 30-1-15 000,
** — м онополоса 50.^10 000
90
Я. Е : Горон, В. П. Гученко, О. А, Постникова
го ( 1 0 0 4 -6 0 0 0 гц) классов качества монофонического воспроизведения высшего
класса качества. Не вызы вает предпочтения только стереофоническое воспроизве­
дение третьего ( 2 0 0 4 -4 0 0 0 гц) класса качества к ак при сравнении с монофониче­
ским воспроизведением высшего, так и первого класса качества. К валифицирован­
ные эксперты — звукорежиссёры лучше воспринимали искажения.
О тмечается некоторая разница в заметности искажений на различном про­
граммном материале; на ,рис. 5 приведены сравнительные результаты исследоза%
100
7^
у
60'
/
/'
/
S60
/
/
/
/
у
у
/
/
Ц50
20
ЮОООгц
6000гц
Ч а с т о та ограничения
ш оги
Рис. 5. Заметность ограничения частотного диапазо­
на по нч в д ву х ка на ла х д вум я группам и экспертов
на различном звуко во м материале:
эстрадный оркестр 82 эп, ощ ибка 2 2 % \
------------- симфонический оркестр 82 эп, ош ибка /2% ;
— — • русский хор (ж енский состав) 82 эп, ошибка^ 14°1о
Рис. 6. Заметность д в у х пиков в д в у х
д вум я группам и экспертов
каналах
Качественные показатели стереофонических систем
91
Рис. 7. Заметность искаж ений типа 2 пика и 2 пика л 2 провала
ния ограничения высоких частот. Хотя искаж ения при воспроизведении эстрад­
ного оркестра менее заметны, чем (при воспроизведении симфонического оркестра
или xQpa, однако во всех случаях ограничение до 10 000 гц остаётся неуверенно
заметным, ограничение ж е до 6000 гц уверенно зам ечается (замечает большин­
ство экспертов).
И сследование неравномерности частотной характеристики показало большую
заметность этого вида искажений, если хотя бы один пик величиной как в 10 дб,
так и в 5 6 6 расположен в области максимальной чувствительности уха (рис. 6 ).
И скаж ения такого рода в стереофонической системе воспринимаются примерно
так ж е ж е, как и в монофонической системе. Это очевидно из рис. 7, на котором
т
У
80
у
у/
§ 60
.........
! •
20
3
6
9
С п ад ы , д б*
Рис. 8. Сравнительная за ­
метность
спадов
на / =
= 6000 гц д л я д в у х групп
экспертов в моно- и сте­
реосистемах:
Рис. 9. Сравнительная заметность
спадов на f= 2 0 0 гц д л я д в у х
гр уп п экспертов в моно- и стерео­
системах:
250 э п — моно, ош ибка ЮЧп',
400 э п ------------ стерео, д в а к а н а ­
ла, ош ибка 77%; 390 эп — . —
стерео, оди н канал, ош ибка 79 од
250 эп — моно, ош ибка 8,4°1о; 430 эп
-------------стерео, д в а
канала, ош и бка
18%; 390 эп
— стерео, один канал,
ош ибка 17
92
И. Е. Горон, В. П. Гученко, О. А . Постникова
показаны результаты исследования неравнохмерности вида двух пиков при
введении их в оба канала стереосистемы, в один канал стереосистемы и
при введении аналогичной неравномерности в моносистему ( результат исследо­
ваний 1955 г.).
Р азн иц а в заметности спадов к границам полосы пропускания в стерео- и мо­
носистемах такж е невелика. На рис. 8 и 9 в качестве примера приведены кривые
заметности спадов в сторону высоких (граничная частота 6000 гц) и низких (гр а­
ничная частота 100 гц) частот.
Нелинейные искажения
Обобщённые результаты исследования нелинейных искажений (кубичных) для
всех групп экспертов в среднем на всём звуковом материале, приведены на
рис. 10 . Н а том ж е рисунке для сравнения приведена кривая заметности тех ж е
искажений в моноканале (по данным исследований 1955 г.).
W0
т
60
/
/•
/
фо
”7^----
I
I
.
/
20
го
5
10
15
искаженае,%
«
20
Рис. 10. Заметность кубичны х
искаж ений д л я д в у х групп эк­
спертов:
искаж ение в м онокана­
л е — 1278 эп.
искаж ение в д в у х к а ­
на л а х — 400 эп, ош иб­
ка 14,5Чп
1,'
20
IS
30
иснажеиие,%
Рис. и . Заметность кубичны х искаж ений в
д в у х каналах на различном звуко во м мате­
риале д л я д в у х групп экспертов, 80 чел.:
-----------
сим фонический оркестр, ош и бка 20Чп\
ж енский дуэт, ош ибка
----------- роя л ь, ош ибка
— . • — эстрадный оркестр, ош ибка 17,5 0/^;
X — м уж ское пение, ош ибка 19 О/,
Н есколько меньш ая заметность нелинейных искажений в стереосистеме по
сравнению с их заметностью в моносистеме мож ет объясняться не столько спе­
цификой звуковоспроизведения, сколько спецификой звукового материала. Выбор
стереозаписей был значительно более ограниченным, чем выбор монозаписей, при­
чём репертуар стереозаписей в значительно большей степени содерж ал оркестро­
вые исполнения, нежели вокальные и инструментальные, меж ду тем, програм м­
ный материал является весьма критичным для обнаруж ения нелинейных иска­
жений, и искаж ения эти как раз менее заметны при исполнении больших ансамб­
лей. С казанное иллю стрируется рис. И , на котором показаны кривые заметности
кубичных нелинейных искажений в стереосистеме на различном звуковом м ате­
риале.
Качественные показатели стереофонических систем
И скаж ения этого вида, как
и другие, лучш е воспринима­
ются квалифицированными эк ­
спертами
—
звукорежиссёрлми.
Интересны
результаты
сравнения неискажённого моно­
фонического звуковоспроизве­
дения со стереофоническим в
различной степени
искаж ён ­
ным (рис. 12 ).
Х арактерным является тот
факт, что
стереофоническое
звуковоспроизведение с и ска­
жением до 2 0 % предпочитает­
ся большинством неискаж ён­
ному монофоническому, несмот­
ря на то, что искаж ения такой
величины вполне уверенно з а ­
метны (см. рис. 10 ).
93
Рис. 12. С равнение стереофонической переда­
чи с монофонической д л я д в у х групп экспер­
тов 420 эп:
--------------
стерео с кубичны м и искаж ениями в д в у х
каналах.
---------------- моно — чистая
Помехи
Сравнительные результаты исследования ф она частотой 100 гц приведены на
рис. 13 (по оси абсцисс отложены уровни фона относительно минимального уров­
ня передачи). Разница в заметности фона в стерео- и моносистемах невелика.
Рис. 13. Заметность фона 100 гц д л я
экспертов:
двух
групп
— фон в м оноканале 320 эп;
----------- в д в у х к ан ал ах стерео 380 эп, ош ибка 7,3% ;
------------- ^ в одн ом канале стерео 370 эп, ош ибка 4%
Фон В одном к анале значительно менее заметен. Программный материал при ис­
следовании фона малокритичен, разница в восприятии на различном звуковом
материале невелика.
Сравнение монофонического воспроизведения без фона со стереофоническим
с фоном различного уровня (рис. 14) показывает, что при уровнях фона до — 7 дб.
94
Я. Е. Горон, В. П. Гученко, О. А. Постникова
60
N\
%60
I
/
/
у
i
/
/
\
/
Рис 14. С равнение стереофонической пе­
редачи с монофонической д л я д ву х
групп экспертов:
20
4S
*5
40
-5
Фон iOOzu,df
стерео с фоно.и 100 гц
каналах.
— ---------------- моно — чистая
в двух
т
у"
во
/
/
I.
Рис. 15. Заметность ш ума д л я §
д в у х групп экспертов:
^
—
шу м в м оноканале — 295 эп;
в
двух
к анал ах —
------------ шум
400 эп, ош ибка
/
/
^60
/
/
/
^6
40
-35
-30
-25
-20
-15
Шум,Об
юо
\\
80
«ь'
I
\\ /
У
/
20
-35
-30
/
{
\
Рис. 16. С равнение стереофонической пе­
редачи с монофонической д л я одной
группы экспертов (гр уп п а сотрудников
Н И И — 310 эп):
\
-25
Ш ум ,д(Г
-20
— I — I — стерео с ш умом,
^ I — И— моно — чистая
-15
Качественные показатели стереофонических систем
95
когда он становится вполне уверенно заметны м, стереофоническое звуковоспроиз­
ведение с помехой всё ж е предпочитается большинством «чистому» монофониче­
скому звуковоспроизведению.
О бобш ённые результаты исследования равноамплитудного шума приведены
на рис. 15 (по оси абсцисс отложены уровни шума относительно минимального
уровня передачи). Эта помеха несколько более заметна в стереосистеме. С равне­
ние монофонического воспроизведения без помехи со стереофоническим с шумом
различного уровня (рис. 16) показывает, что стереофоническое звуковоспроизве­
дение предпочитается большинством монофоническому до тех пор, пока шум
не становится уверенно заметны м (сравни с рис. 15).
Разбаланс уровней
П равильное воспроизведение пространственной звуковой картины получает­
ся при условии идентичности каналов воспроизведения. Н иж е приводятся резуль­
таты исследования изменения
пространственной звуковой к а р ­
тины, возникаюшего в резуль­
тате разб алан са уровней в к а ­
налах.
Д л я проведения исследо­
ваний слуш атели размеш ались
вплотную
к
средней линии
м еж ду
громкоговорителями
группой численностью не бо­
лее 5— 6 человек. Размеш ение
громкоговорителей и экспертов
показано на рис. 17. Громкого­
ворители были скрыты от глаз
слуш ателей занавесом.
Рас­
стояние м еж ду громкоговорите­
лями было разделено на девять
равны х участков, начало и ко­
нец которых отмечались п о р яд­
ковыми номерами 1, 2 ,..., 10
(рис. 17). Ц ифры были укрепле­
ны на занавесе примерно на
уровне глаз сидяш их слуш ате­
лей. В процессе исследований
эксперты имели возмож ность
для каж дой величины р а зб а ­
ланса уровней трижды ср ав­
нить звучание данного отрывка
при сбалансированной системе
и при введении разбаланса. И з ­
менение условий воспроизведе­
ния
сопровож далось измене­
нием сигнала на световом т а б ­
Рис. 17. Располож ение громкоговорителей и
ло перед слуш ателями (смена
мест в студии при исследованиях заметности
светящ ихся букв Л и Б ). Э к­
разбаланса уровней (А Б — расстояние между
спертам предлагалось устано­
центрами
динам иков — 280 см;
расстояние
вить направление прихода зву ­
1— 10— 315 см; 1—2; 2— 3 и т. д. до 35 см)
ка (через какую цифру на занавесе) в условиях Л и в условиях Б.
Полученные, таким образом, сведения давали возможность определить угол
смещения каж ущ егося источника звука для каж дого места слушателей для дан-
96
И. Е. Горон, В. П. Гученко, О. А . Постникова
ной величины разбаланса уровней. Обобщённые данные оформлены в виде гр а­
фика (рис. 18), представляю щ его собой зависимость относительного углового сме­
щения каж ущ ихся источников
100%
(где ^с р — среднее угловое смеще-
ние каж ущ егося источника,
— угол, под которым видна база громкоговори­
телей) от величины разбаланса уровней в децибелах.
Рис. 18. Зависимость относительного углового смещ е­
ния от величины разбаланса
Н екоторая асимметрия кривой относительно осей координат объясняется
тем, что исходное звучание было несколько сдвинуто влево от середины. К ак вы ­
яснилось, это было связано с асимметрией тест-фильма, по которому производит­
ся настройка стереофонического магнитофона в студийной аппаратной перед з а ­
писью. Кривая симметрирована путём переноса осей координат, новая система
координат показана на рисунке пунктиром.
И з рассмотрения кривой следует, что разб аланс уровней на 1 дб вызывает
смещение каж ущ ихся источников звука в среднем н а ilO% от половины базового
угла, при разбалансе в 366 относительное смещение превышаёт 30% .
Переходное затухание между каналами
Н едостаточная величина переходного затухания меж ду каналам и стереофо­
нической системы вызы вает искажение пространственной перспективы, наруш ает
правильную локализацию источников звука. П оэтому важ но было выяснить з а ­
метность уменьшения переходного затухания меж ду каналам и, могущего возник­
нуть как в системе записи, так и в каналах передачи и воспроизведения стерео­
фонической программы.
97
Качественные показатели стереофонических систем
В процессе исследования имелась
независимое пер'^ходное затухание от
фоном) до 15 дб. Т ак как искаж ения
такого рода мало заметны, исследо­
вания производились только с к вал и ­
фицированными экспертами — зву ко ­
режиссёрами.
Из
результатов исследования,
приведённых на рис. 19, очевидно, что
уменьшение переходного затухания
до 25 дб практически незаметно д а ж е
квалифицированным экспертам (за ­
метность не превыш ает 2 0 % ). И ска­
ж ения становятся уверенно зам етны ­
ми, когда переходное затухание снижг.ется до 15 дб (заметность 70% ).
возмож ность плавно изменять частотновеличины 38 дб (определяемой магнито­
Переходное затухание,
обусловленное ограничением
полосы разностного канала
Рис. 19 Заметность изм енения частотно­
независимого
переходного зат ухания
(ап) между каналам и д л я группы з в у ­
кореж иссёров
тЛп
\
§60
I^O
\
ю
\
20
30
Of
При разработке некоторых сов­
местных систем передачи стереофо­
нического веш ания, где разностны м (Л —Я ) сигналом модулируется поднесуш ая,
естественно, возникает вопрос: можно ли ограничить полосу пропускания р азн о ­
стного сигнала по сравнению с полосой полного (суммарного) сигнала ( Л + П ) и,
если можно, то до какого предела?
П ередача стереофонической программы долж на производиться по высшему
классу, и поэтому заметные искаж ения нежелательны. Следовательно, эксперты
будут иметь дело с малыми искажениями, а так ж е с искажениями звуковой к а р ­
тины, поэтому целесообразно использовать в качестве экспертов квалифициро­
ванных слуш ателей—звукорежиссёров и музыкантов.
Ограничение полосы пропускания разностного сигнала в совместимой систе­
ме с преобразованием сигналов левого (Л) и правого (Я ) каналов в суммарный
( Л + П ) и разностный ( Л— П) при воспроизведении вы раж ается в том, что в н и з­
кочастотном тракте в области частот, леж ащ их выше частоты ограничение разн о­
стного кан ал а ( Л — П) , переходное затухание меж ду каналам и равно нулю.
При эксперименте бы ла использована ранее описанная аппаратура (рис. 1.)
Сигнал с выходов правого и левого каналов магнитофона подаётся На суммарно­
разностный преобразователь, позволяющий подавать на входы мощного усилите­
ля либо сигналы Л и П, полученные в результате преобразования с ограниче­
нием полосы разностного сигнала, либо эти ж е сигналы непосредственно от маг­
нитофона через делители, даю щ ие такой ж е уровень сигнала, как и выход сум­
марно-разностного преобразователя ^) (рис. 2 0 ).
С выходов магнитофона правого и левого канала сигналы поступают на д и а­
гонали моста, с которого снимается с соответствующим коэффициентом пропор­
циональности суммарный сигнал ( Л + П ) и разностный сигнал ( Л— П) . О грани­
чению подлежит только разностный сигнал, но, как известно, фильтры с крутым
срезом даю т значительные фазовы е искаж ения, которые могут изменить зву ко ­
вую картину при воспроизведении. С целью компенсации фазовы х искажений, вно­
симых фильтром в разностный канал, в суммарный кан ал т ак ж е включён фильтр,
частота среза которого леж ит выше полосы пропускания по высшему классу; кро­
ме того, эта частота долж на быть кратна частотам среза фильтров ограничения
полосы в разностном канале. Учитывая это, были выбраны фильтры с частотами
М п р еобр азов ател ь разработан
акустики им. А. С. Попова.
лабораторией
ВН И И
радиовещ ательного
приёма
и
98
И. Е. Горон, В. П. Гученко, О. А. Постникова
лт
кп
Фильтр
15кгц
кп
пп
ПреодразоВателЛ— , „
Прео­
бразо­
ватель
СВыхода д®-
тгнитофона.
л-п
кп
Фильтр
1кгц
л
т а на Вход
мощного
усилителя
Фильтр
3,5кгц
Делитель
Рис, 20. Ф ункциональная схема суммарно-разностного преобразоват еля
среза 3,5; 7 и 15 кгц. Частотные характеристики этих фильтров и характеристики
переходного затухания приведены на рис. 21—23*). Согласование входов фильт­
ров с мостовым суммарно-разностным преобразователем осущ ествляется при
помощи катодных повторителей КП.
d (f
Рис. 21. Частотная характеристика фильтра:
1) /гр = 3 ,5 кгц, 2) [гр = 7 ,0 кгц, 3)
= 15 кгц
20
SO
100
200
500
/ООО 2000
5000 ЮОООгц
Рис. 22. П ереходное затухание при вклю чении фильтра fz p = S ,5 кгц
9 Характеристики сняты лабораторией В НИИ им. А. С. Попова.
99
Качественные показатели стереофонических систем
20
50
too
200
500
1000
2000
5000
Рис. 23. П ереходное затухание при вклю чении фильтра
ЮОООгц
—
кгц
П реобразование суммарного и разностного сигналов в сигналы Л yl П после
ограничения полосы осущ ествляется при помощи каскадов с разделённой н а­
грузкой. Сложение сигналов ( Л + П ) и ( Л— П) на общей нагрузке в ф азе и про­
тивоф азе даст исходные сигналы Л vl П с соответствующими коэффициентами
пропорционалньости. С огласование выходного сопротивления сумм арно-разност­
ного преобразователя с входным сопротивлением усилителя мощности осущ ест­
вляется так ж е при помощи катодных повторителей на выходе преобразователя.
К ак у ж е указывалось ранее, в системе для сравнения искажённого звукового
сигнала с неискажённым (исходным) в схеме предусмотрен переключатель входа
и выхода. Одно из положений этого переклю чателя позволяет подключить выход
магнитофона на вход мощного усилителя через делители.
Экспертиза проводилась по обычной методике с расположением экспертов,
принятым при исследовании заметности (разбаланса; эксперты ответили на два
вопроса:
1. Есть ли разница меж ду воспроизведением в условиях I и II (положение
I — ограничение, положение II — ограничения нет)?
2. Если есть, то что вы предпочитаете?
Ответы на эти вопросы даю т ясную картину заметности ограничения разност­
ного сигнала до частоты 7 кгц и 3,5 кгц и предпочтения в этих условиях.
Результаты эксперимента сведены в табл. 1 и 2. В табл. 1 — заметность ог­
раничения полосы сигнала ( Л — П) в процентах по видам исполнения (120 эп на
каждую точку), в табл. 2 — заметность, усреднённая по всем видам исполнения
(1 0 0 эп на точку).
ТАБЛИЦА 1
Частота
ограничения
разностного
сигнала {Л—П ) кгц
Процент заметности для передачи
Симф.
оркестр
М уж ская
партия
Рояль
Ж енская
партия
Эстрадный
оркестр
7
50
80
70
75
90
3 ,5
75
80
95
55
95
и. Е.
100
Горон,
В.
П. Гученко,
О. А.
Постникова
Гистограммы, приведённые на рис. 24, отраж аю т результат, полученный при
опросе экспертов на предпочтение (ответ на второй вопрос).
Следует отметить, что при
проведении эксперимента на кон­
трольных точках (т. е. когда для
ш
сравнения давались два одинако­
вых отрывка звучания без введе­
ния искажений) был очень не­
большой процент неправильных по­
казаний, что подтверж дает уверен­
ную заметность рассматриваем ого
искаж ения.
2
3
Юграиич разт ш н
си гн а л а
с о З .З к г и
1
2
3
J
/ 2 3
Огранич разиостн Без ограничения •
си гн ал а
{контрольные
So 7 к гц
по казан и я)
Рис. 24. 1) Предпочтение, отдаваемое
звучан ию в полож ении переключателя
I I (без введения искаж ения);
2 ) предпочтение, отдаваемое звучанию
в полож ении переключателя I (п р и в в е ­
дённом искаж ении);
3 ) показания экспертов, не о п ределив­
ш их своего предпочтения
ТАБЛИЦА 2
Частота
ограничения
разностного
сигнала .{Л—Я ), кгц
про­
цент
зам ет­
ности
Ошиб­
ка
%
7
73
10,3
3 ,5
80
9 ,5
Погрешность экспертиз
Д остоверность полученного в результате исследований м атериала была про­
верена методами математической статистики, описанными в статье Г. Б. Аски­
нази [ 1]. Расчёты показали, что ош ибка чащ е всего составляет величину 6 — 7%
А вообще не превыш ает 1 0 %, исходя из чего можно сделать вывод о достаточной
достоверности полученных данных.
Л ИТЕРАТУРА
1 . Исследование заметности искажений в радиовещ ательны х каналах. Сборник
под ред. И. Е. Горона. С вязьиздат, 1959.
с
Д
в
я
з
и
ереофония
%
рЗДАТЕЛЬСТВО „СВЯЗ
г
1964
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
4 579 Кб
Теги
stereofoniya, sbornik, 1goron, red, informatsionnye
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа