автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Исследование и развитие систем звукового вещания и оповещения

Р V в

, О иЬЙ

Д О и1 * Министерство святи Российской Федерации

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

Сергей Лъеович МИШПНКОВ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗВИТИЕ СИСТЕМ ЗВУКОВОГО ВЕЩАНИЯ И ОПОВЕЩЕНИЯ

Специальность 05.12.13 Системы и устройства радиотехники и связи

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических каук в форме научного доклада

Москва 1996

Работа выполнена в Московском техническом университете связи и информатики (МТУСИ) - на кафедре Радиовещания и электроакустики (РВиЭА), в Государственном доме радиовещания и звукозаписи (ГДРЗ), в Московской городской радиотрансляционной сети (МГРС) и на других предприятиях отрасли "Связь" Российской Федерации.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, действительный член Международной Академии информатизации Г.Б. Давыдов,

доктор технических наук A.B. Рыжков,

доктор технических наук, профессор И.Д. Задеренко.

Ведущее предприятие - Акционерное общество Всероссийский НИИ телевидения и радиовещания (АО ВНКИТР).

Защита диссертации состоится "ЛГ^ апреля 1996 г. в 00 на заседании диссертационного совета Д 118.06.01 при МТУСИ по адресу: 105855, Москва, Авиамоторная улица, дом 8а, МТУСИ, Лабораторный корпус, Зал заседаний Совета: ауд.401 .

С диссертацией и публикациями соискателя можно ознакомиться в библиотеке и на кафедре РВиЭА университета.

Автореферат разослан марта 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 118.06.01, д.т.н., профессор, /?

действительный член Международной //// //? Ю. В. Лазаре! Академии информатизации /у /

Оглавление

Общая характеристика работы:

5

Актуальность темы. Цель работы. Научная новизна. Использование результатов. Научная школа соискателя. Публикации и апробация.

Защищаете тезисы

9

Краткое содержание:

12

Введение

12

1. Системные вопросы звукового вещания и массового оповещения. 12

Усредненное распределение мгновенных значения сигнала ЗВ. Энергетический спектр. Распределения относительных мощностей ( 5-мс. секундной, минутной и долговременной). Требования к первичной обработке сигналов ЗВ. к параметрам авторегуляторов уровня.

3. Метрология каналов передачи сигналов ЗВиЮ: 29 Шумы. Селективные и импульсные помехи. Искажения "Сдвиг спектра". "С"-искажения. Помехи, вносимые компандерными системами. Зависимость характеристик канала ЗВ от передаваемых сигналов.

4. Особенности загрузки МСП с ЧРК сигналами ЗВиЮ. . 41

5. Системные и аппаратные задачи совершенствования ЗВиЮ: 46 Авторегулятор уровня с регулированием частотных характеристик. Расширение возможностей сетей ТЛВ. Многопрограммное ЗВ по телефонным каналам. Варианты ввода сигналов

* оповещения в телефонную сеть. Особенности передачи сигналов индивидуального и группового вызова по сетяй звукового вещания. Нетрадиционное использование линейных сооружений проводного вещания. Информационные системы города на основе ПВ. Интерактивная таксочонно-пейджинговая система связи с безналичной оплатой переговоров. О мощности бытовых усилителей звуковой частоты. Особенности нормирования показателей качества каналов ЗВ. Сертификация услуг звукового вещания.

2. Параметры сигналов в системах ЗВиЮ:

16

Основные результаты

60

Список научных публикаций соискателя

62

Используемые сокращения

AM - амплитудная модуляция АЧХ - амплитудно-частотная характеристика БС - блок-станция ВРК (ЧРК) - временное (частотное) разделение каналов

ГДРЗ - Государственный дом радиовещания и звукозаписи ДВ (СБ,KB,УКВ) - длинные (средние, короткие, ультракороткие) волны ЗВ - звуковое вещание ЗВиМО - звуковое вещание и массовое оповещение ИУ - индикатор квазипикового уровня сигнала КРА - коммутационно-распределительная аппаратная МАИ - Международная Академия информатизации МВА (ЦМВА) - (Центральная) междугородная вещательная аппаратная МГРС - Московская городская радиотрансляционная сеть МГТС - Московская городская телефонная сеть МКЗВ - междугородный канал звукового вещания МПВ (МПВ-Т) - многопрограммное Ш (по телефонным каналам) МОП (ЦСП) - (цифровая) многоканальная система передачи МСЭ - Международный союз электросвязи МТУСИ - Московский технический университет связи и информатики ( в прошлом МЭИС, МИС ) НТК - научно-техническая конференция НТС - научно-технический совет ОБП - одна боковая полоса ОСМ - относительная средняя мощность ПВ (ТПВ) - (трехпрограммное) прозодное вещание ПИК - предыскажающий контур СПМ - спектральная плотность мощности ССЭ - субъективно-статистическая экспертиза ТВ - телевидение ТЧ (34) - тональная (звуковая) частота ТП - трансформаторная подстанция ЦСМО - цифровая система с интегральным обслуживанием ЦСПВ - центральная станция проводного вещания ЭМС - электромагнитная совместимость

ОЫЦЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми определяется историческими традициями, реальностями современных изменений в народном хозяйстве и политико-национальных отношений и, наконец, необходимостью научного прогнозирования развития информатизации в России.

Исторические традиции звукового вещания в нашей стране:

* партийно-государственный подход к звуковому вещанию и оповещению населения в военное время и в экстремальных условиях;

* заинтересованность населения регионов страны в оперативном получении централизованных сообщений, а также художественных и развлекательных передач;

* максимальная простота абонентских приемных устройств и их автономность от местного электроснабжения;

* разобщенность услуг вещания и других видов связи.

Большой вклад в развитие систем вещания, озвучения помещений и открытых пространств, оповещения населения принадлежит И.Е. Горону и В.А. Нюренбергу, М.А. Сапожкову и В.В. Фурдуеву, Л.З. Папернову и Н.Т. Молодой, И.А. Шамшину.

Реальность звукового вещания в России в настоящее время:

* наличие у части населения высококачественной аппаратуры записи и/или воспроизведения речевых и музыкально-художественных материалов ( Стереофония );

* рост числа частных компаний вещания;

* увеличение числа каналов звукового вещания;

* деградация существующих систем оповещения;

* частичное уничтожение сельских сетей ПВ..

Известны оригинальные работы Ю.А. Ковалгина и И.А. Алдошиной, A.B. Выходца и А.П. Ефимова, П.Я. Дубулта и И.Ф. Зорина, В.И. Вербы и И.Д.Задеренко, В.В. Булгака и Л.Е. Варакина.

Прогнозирование развития звукового вещания в стране:

* интеграция различных систем звукового вещания, телевидения и других видов связи;

* многофункциональность услуг С Многоцелевые сети и терминалы);

* цифровизация и компьютеризация звукового вещания;

* обоснование необходимого качества и числа каналов вещания;

* сертификация услуг связи.

В диссертации обоснован системный подход к проблемам звукового вещания и массового оповещения (ЗВиМО), учитывающий социально-культурные, экономические, народнохозяйственные и научно-технические аспекты. Стратегия развития ЗВиМО в России должна включать:

* перспективы интегрально-цифровой информатизации страны;

* интеграцию систем радиовещания и проводного вещания;

* совмещение сетей звукового вещания и массового оповещения об экстремальных ситуациях с телефонными сетями и системами персонального вызова (пейджинга);

* совмещение сетей звукового вещания с системами кабельного, наземного и спутникового телевизионного вещания;

* интеграцию в информационное пространство стран СНГ и всего мира;

* формирование и выполнение Международных рекомендаций по звуковому вещанию и цифровым системам интегрального обслуживания (ЦСИО).

Цель работы. Повышение системно-функциональной эффективности при необходимом качестве современных видов звукового вещания с учетом субъективных особенностей слуха, ресурсосбережения (энергетики, полосы частот) и экологических аспектов.

Для достижения цели в диссертации сформированы и развиты научные направления:

* Системный подход к исследованиям и развитию сетей массового информационного обслуживания.

* Исследование свойств сигналов звукового вещания (ЗВ) в различных точках тракта с учетом первичной обработки.

* Нормирование параметров сигналов ЗВиМО.

* Исследование свойств каналов сетей ЗВ в реальных условиях.

* Обобщение элементов теории каналов с переменными параметрами, зависящими от текущих параметров передаваемых сигналов.

* Нормирование показателей качества каналов и трактов первичного и вторичного распределений.

* Разработка и исследование методов повышения эффективности каналов и трактов систем ЗВиМО.

* Метрологическое обеспечение и сертификация услуг звукового вещания, массового оповещения и связи.

* Разработка и внедрение современных информационных систем на основе существующих телефонных каналов и сетей звукового и телевизионного вещания.

Научная новизна:

1. Систематизированы и обоснованы социально-организационные и технико-экономические требования к массовым информационным системам звукового вешания, включая массовое оповещение (принципы построения и эксплуатации, метрологическое обеспечение, подготовка кадров).

2. Наряду с принятыми в нашей стране понятиями "классы качества передачи сигналов ЗВ" и "группы сложности технических устройств" обосновано понятие ."потребительского качества используемых населением звукотехнических устройств", включающее качество звучания, объем предоставляемых услуг, эргономические свойства (субъективное отношение групп абонентов к "технологии регулирования", внешнему виду, цвету, массо-габаритным показателям технических устройств).

3. Обоснована техническая возможность упрощения и удешевления сети распределения сигналов ЗВ при сохранении приемлемого качества звучания (по субъективным критериям) у большинства абонентов и улучшенного звучания у абонентов, имеющих усложненные (более дорогие) абонентские звукотехнические устройства.

4. Сформулированы требования к первичной обработке сигналов художественного и информационного вещания и оповещения. Показана необходимость нормирования замкнутой совокупности параметров сигналов ЗВ после первичной обработки. Следствие этого - разработка ГОСТ 22260-76 и Рекомендации МККТТ .Г-31.

5. Разработаны модели каналов ЗВ и методики для оценок "С"-ис-кажений, шумов и помех в каналах, оборудованных компандерными системами, и качества работы компандерных систем;

6. Исследованы заметности "С"-искажений, шумов, сдвига спектра, селективных и импульсных помех и изменения коэффициента передачи, переходных процессов при различных законах компандирования.

7. Сформулированы требования к бытовым усилителям звуковой частоты с учетом, во-первых, восприятия слушателями реальной звуковой картины и, во-вторых, экономичности и экологических ограничений.

Разработана и опробована система авторегулирования уровня сигнала ЗВ с сохранением пиковых выбросов применительно к системам информационного вещания и звукового оповещения.

8. Сформирован принцип звучащего пространства как обобщение моделей точечного и плоскостного источников звука.

9. Предложен метод снижения шумов в реставрируемых монофонических фонограммах при воспроизведении в стерсоварианте на основе частотной модели слуха и свойств шумов.

Показано, что источник сигнала обычно локализован в пространстве. тогда как шумы распределены равномерно.

10. Предложен метод компенсации искажений тембра при изменении взаимного расположения микрофона и диктора.

11. Предложен метод оценки эффективности информационного вещания и оповещения на основе стереофонического воспроизведения мешающего шума, дающий максимальное приближение к реальности.

Результаты оценки необходимого отношения С/Ш при проведении субъективно-статистических экспертиз примерно на 3 дБ отличаются от полученных традиционным методом.

12. Предложен пороговый метод субъективно-статистической экспертизы, позволяющий ускорить и удешевить экспертизу и повысить ее точность.

Использование результатов:

1. ГОСТ 11515-95. Тракты радиовещательные. Классы. Основные качественные показателя. Соискателем предложено нормировать качество вещания по обслуживаемой территории и во времени. Обоснован системный принцип распределения ресурса качества между элементами сложно-составных трактов и каналов ЭВ.

2. ГОСТ 22260 -76 (95). Сигналы передач внутрисоюзного и внешнего вещания, подаваемые в междугородные каналы звукового вещания. Основные параметры. Методы контроля. На этой основе сделана Рекомендация МККТТ J-31 (Синяя книга) " Характеристики оборудования и линий, используемых для организации каналов звукового вещания".

3. ГОСТ 21655-87. Каналы и тракты магистральной первичной сети ЕАСС. Электрические параметры. Методы измерений.

4. ГОСТ Р-50757'-95. Сигналы передач звукового вешдния государственных и независимых телерадиокомпаний, передаваемые на вход трактов первичного распределения. Основные параметры.Методы измерений.

5. Автокомпенсатор по A.c. 930711, 1982 г. Изготовлено около 200 изделий, которые используются на сети информационного вещания и оповещения.

6. Система многопрограммного вещания по телефонным каналам (МПВ-Т) по патенту 2040859, 1995 г. Опытные районы 6-программного вещания созданы в Москве и Самаре.

7. Концепция развития в России сетей персонального радиовызова общего пользования.- 1994 г.

8. Учебный процесс кафедры Радиовещания и электроакустики МТУСИ и Института повышения квалификации руководящих работников Минсвязи России.

9. Федеральная комплексная программа создания технических средств связи, телевидения и радиовещания.- 1994 г.

10. Оповещение по телефонным канал;-м, сетям звукового вещания и кабельного телевидения.

11. Использование существующей сети проводного вещания для сбора массовой информации и построение интегральной информационной сети города.

12. Альтернативная интерактивная система телефонной связи общего пользования.

Научная школа соискателя:

* преемственность научных традиций И.Е.Горона, В.Л. Нюренберга, М.Л. Сапожкова, И.А. Шамшина и др. по исследованиям преобразований сигналов ЗВ, бытовой и специализированной звукотехнической аппаратуры, систем и средств оповещения;

* участие в научно-технической деятельности Международной Академии информатизации (МАИ) и Исследовательской Комиссии N 9 Международного Союза Электросвязи (МСЭ);

* руководство дипломным проектированием и работа с соискателями и аспирантами кафедры РВиЭА;

* формирование и развитие ГОСТов;

* выпуск учебных пособий;

* регулярные выступления на всесоюзных, республиканских, межрегиональных и международных НТК;

* научно-техническая координация фундаментальных исследований и разработок в отраслевых НИИ и ВУЗах связи.

Публикации и апробация результатов и предложений: По теме диссертации опубликовано более 80 работ, в,том числе, разделы в 5-ти книгах, 4 учебных пособия, 24 статьи, 5 изобретений, 26 тезисов выступлений на научно-технических конференциях.

Помимо НТК результаты и предложения соискателя обсуждались на совещаниях специалистов отраслевых НИИ и ВУЗов,, на Коллегиях и НТС Минсвязи России, на заседаниях Исследовательских комиссий МСЭ.

ЗЩИЩШЕ ТЕЗИСЫ

1. Созданная несколькими поколениями связистов централизованная система звукового вещания, объединяющая радиовещание, проводное вещание, оповещение и звуковое сопровождение в телевидении, в настоящее время распадается на автономные, локальные и альтернативные сети вещания при сохранении ограниченного централизованного расп-

¿юстранения общей информации и художественных передач. Поэтому наряду с традиционными техникой и технологией звукового вещания важны организационно-экономические, социально-культурные и правовые аспекты эксплуатации и развития вещания, в том числе:

* рациональная координация и интеграция научно-технических исследований, разработок и проектирования,

* творческое использование предложений зарубежных фирм и компаний в российских условиях,

* целевая непрерывная подготовка специалистов,

* укрепление государственной сертификации систем, устройств и услуг вещания.

2. Следует различать художественное и информационное звуковое вещание, включая оповещение. Эти функциональные части звукового вещания (ЗВ) помимо собственного содержания различаются между собой технологией формирования программ, требуемыми характеристиками аналоговых или цифровых каналов передачи, субъективными критериями качества и условиями прослушивания передачи абонентами.

Сигналы естественного звучания отличаются от сигналов ЗВ, так как при первичной обработке их специально искажают для достижения соответствующего восприятия в иных акустических условиях.

3. Программы звукового вещания представляют собой чередующиеся 'последовательности музыкальных и речевых передач, и их сигналы отличаются от других информационных сигналов длительностью, неоднородностью и интервалом стационарности. Так как от первичной обработки сигналов зависит работоспособность каналов передачи ( при сохранении показателей качества ), то необходима стабилизация первичных параметров, что и достигается нормированием некоторых параметров сигналов звукового вещания на выходе радиодома (на входах МКЗВ) с учетом назначения и характера программы, автоматического регулирования и действий звукорежиссеров.

Актуальна и вполне доступна системная компьютеризация первичной обработки, метрологии и контроля параметров сигналов ЗВ в различных точках системы формирования и сетей распределения сигналов вещания.

4. Важными техническими параметрами каналов и трактов ЗВ является стабильность коэффициента передачи, уровень и энергетический спектр шумов, защищенность от селективных помех, сдвига спектра и

- и -

т.д., которые на основе системно-статистических исследований условий эксплуатации различных систем вещания и оповещения должны нормироваться методами субъективно-статистических экспертиз заметноети искажений.

5. Особое внимание разработчиков систем и устройств звукового вещания ложно быть обращено на так называемые "С"-искажения, возникающие при превышениях спектральными составляющими предыскаженно-го сигнала вещания уровня ограничения. Эти искажения необратимы и заметно ухудшают качество звукопередачи.

6. Наличие у части населения высококачественной звукотехничес-кой аппаратуры и многообразие информационных услуг приводят к принципиальному изменению распределения ресурса качества звукового вещания: каналы доставки сигналов вещания должны обеспечивать стабильное и достаточно хорошее качество вещания при использовании массовых типовых абонентских устройств. Но качество звуковоспроизведения у абонентов может быть существенно улучшено при использовании усложненного (более дорогого) абонентского оборудования, которое постепенно трансформируется в многофункциональный информационный видеоакустический терминал.

7. С позиций загрузки существующих в стране многоканальных систем с ЧРК важными научно-техническими достижениями являются:

* обоснованное снижение удельной мощности сигнала ЗВ (на канал ТЧ) при достаточной защищенности от помех и искажений сигналов;

* предотвращение условий перегрузки групповых устройств МСП при дублировании передач вешания по нескольким каналам.

8. В общем информационном пространстве страны интеграция систем звукового вещания с другими сетями связи определяется:

* распространением комбинированных систем многопрограммного моно- и стереовещания, персонального вызова и массового оповещения по существующим телефонным каналам, включая внутрирайонные, поселковые и внутриобъектовые информационные сети;

* технически и организационно проработанными вариантами группового ввода сигналов массового оповещения в эксплуатируемые телефонные сети;

* цифровыми системами передачи данных и сигналов персонального вызова (пейджинга) по каналам ЗВ и ТВ.

9. На основе сформировавшихся систем звукового вещания и оповещения можно строить многофункциональные узкополосные информационные сети горС'Да. обеспечивающие, например, мониторинг окружающей среды, справочно-охранные функции и т.д.

10. Наряду с развитием традиционных телефонных сетей и перспективных мобильных сетей можно говорить о формировании и развитии альтернативной интерактивной информационной сети при сращивании пейджинга и современных вандалозащищенных таксофонов с безналичной оплатой услуг связи с помощью универсальных карт пользователя.

11. Расширение функциональных возможностей систем звукового вещания и расширение предоставляемых ими населению новых услуг связи несомненно облегчит экономические аспекты информатизации страны.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ Введение

Сформулирована общая проблема развития звукового вещания и оповещения в России в условиях переходного периода. Наряду с феноменологическим подходом к задачам массовой информации и оповещения соискателем обоснован системный взгляд на интеграцию систем вещания и связи и развитие метрологии. Кратко излагаются результаты исследований и конкретных разработок, выполненных при непосредственном участии соискателя в МТУСИ (МЭИС), ГДРЗ, МГРС и других организациях Минсвязи России с 1962 г. по настоящее время [1, 3, 4, 27, 39].

Первчй раздел

Системные вопроси звукового вещация и массового оповещения

Под системами (средствами) массовой информации населения (СМИ) или точнее "электронными системами массовой информации" понимают системы звукового и телевизионного вещания и оповещения (рис. 1). Газеты и журналы можно считать механо-электронными СМИ. Под массовой информацией, условно подразумевают информацию, необходимую для

существования и нормальной плодотворной деятельности всего общества и, б частности. каждого члена общества (рис. 2).

Построение систем массовой информации ( массового оповещения населения) производится по следующим основным принципам:

1. Право на получение информации имеет каждый член общества, поэтому система должна обеспечивать всё население страны.

2. Учитывая жизненную важность информации, система должна быть в необходимой мере эффективной и надежной (соотношение затрат и возможных потерь), живучей, защищенной от воздействия различных возмущающих факторов.

3. Система (массовая) должна быть построена максимально просто и дешево, должна быть недорогой в обслуживании, простой и дешевой для получателей информации (абонентов),

4. Передаваемые по системе массовой информации сообщения, особенно в режиме экстренного оповещения должны быть приняты (поняты) всеми людьми в любых условиях: дома, на работе, в транспорте, на улицах...

5. Система должна быть гибкой: в зависимости от содержания сообщения должна обеспечиваться возможность охватывать как население всей страны, так и отдельные группы населения, локализованные на ограниченных территориях - районов городов, деревень и вплоть до поездов, самолетов, судов, автобусов.

Рис.1. Электронные и иные средства массовой информации

Разработки конкретных систем и устройств ЗВиМО в разных странах идут примерно в одних направлениях, но с учетом местных условий, менталитета населения и национального дохода.

Интересна, например, опытная эксплуатация в США системы "Сотового телевидения", энергетика которой обеспечивает качественный прием 50 ТВ программ и 100 каналов ЗВ в диапазоне 28 ГГц. Компактные абонентские устройства могут принимать как прямые, так и отраженные радиосигналы.

Оперативная Образова- Развлече- Оповещение Сообщения Сигналы

Рис.2. Пути доведения информации до населения

В СССР была создана уникальная централизованная система массового звукового вещания и оповещения, по некоторым параметрам недоступная большинству стран, как требующая огромных государственных капиталовложений. Выло бы неразумным демонтировать эту систему. Речь должна идти о её модернизации с учетом экономических, технических и социальных аспектов. Структура сети ЗВ поясняется на рис.3.

В процессе многолетней работы в области звукового вещания соискателем были сформулированы основные положения:

1. В связи с изменением аспектов государственного управления в настоящее время целеналравлено.изменяется система массовой информации и оповещения населения страны. Одна из главных целей - локализация местных информационных систем, но без утраты возможности централизованного оповещения всего населения России.

Рис. 3. Структура сети звукового вещания

I.

2. По совершенствованию систем и устройств связи, оповещения и ЗВ на транспорте.

3. О важности и возможности развивать на основе существующих телефонных каналов и сетей трехпрограммного ЗВ комплексных систем массового оповещения, мониторинга (охранной и/или пожарной сигнализации ...), персонального вызова и т.д.

Соискателем обоснованы и проведены исследования по основным направлениям и конкретные разработки для систем ЗВиМО:

1. Исследованы параметры сигналов звукового вещания и оповещения в различных точках звеньев трактов ЗВ при различных режимах первичной обработки сигналов.

2. Исследованы искажения сигналов и помехи, вносимые различными звеньями трактов ЗВиМО, и их влияние на восприятие информации слушателями (абонентами).

3. Исследованы различные режимы первичной обработки сигналов ЗВ и оповещения и проведена их многопараметрическая оптимизация в целях обеспечения работоспособности сети каналов ЗВ и доведения информации, по возможности, до каждого человека.

4. Проведена схемотехническая оптимизация построения отдельных функциональных элементов каналов и сети ЗВ.

5. Разработаны стандарты на параметры сигналов ЗВ и показатели качества каналов передачи ЗВ.

6. Осуществлена интеграция систем массовой информации с другими системами связи и системами сбора информации ( мониторинга ) С1, 3, 7, 16 - 18, 22, 31. 38, 45, 55, 56, 60, 67, 68, 71, 74 ].

Второй раздел Параметры сигналов в системах ЗВиМО

Некоторые параметры сигналов ЗВ исследовались, начиная с 30-х годов, в основном для выработки требований к аппаратуре связи, причем исследованию подвергались сигналы "естественных звучаний".

Где-то в 60-х годах стало ясно, что при первичной обработке сигналов в тракте формирования (радиодоме) происходят глубокие "искажения" сигнала, заметно меняющие его параметры, влияющее на качество передачи сообщений. Поэтому в МЭИСе при участии соискателя и другими специалистами были проведены исследования параметров сигналов ЗВ, чтобы полностью связать параметры сигналов и технологию его обработки, как ручную так и автоматическую.

Предшествующее исследования 50-х годов проводились в основном

"вручную" и не могли обеспечить достаточную статистическую достоверность результатов. Поэтому соискателем были предложены и разработаны различные статистические анализаторы. Продолжительность измерений некоторых параметров сигналов ЗВ составляла несколько суток. Проведенные исследования позволили выявить как усредненные законы распределения различных параметров сигналов, так и трубки их допусков, что особенно важно при построении систем связи и вещания.

Вполне естественно, что использование современных компьютерных методов заметно сокращает затраты времени, но важно отметить, что полученные ранее результаты были убедительно подтверждены.

Выбор исследуемых параметров был произведен, исходя из практических потребностей разработчиков аппаратуры и систем связи, необходимости их нормирования.

В качестве устойчивих параметров сигналов ЗВ при статистических исследованиях были выбраны:

* распределение превышений "мгновенных" (текущих) значений сигналов ЗВ. Сформулированы требования к ограничителям мгновенных значений ("ликосрезателям") авторегуляторов;

* распределения относительных средних мощностей сигналов, усредненных за 5 мс, 1с, 1 мин, 1 час;

* распределение спектров сигналов в третъоктавных полосах.

Были исследованы усредненные функции автокорреляции сигналов

ЗВ, взаимокорреляции сигналов ЗВ в стереоканалах и взаимокорреляции сигналов различных программ вещания, передаваемых в многоканальных системах связи. Результаты исследований легли в основу норм по загрузке многоканальных систем связи в СССР и приняты МККТТ.

Впервые в мире в 1980 г. в нашей стране разработан ГОСТ 22260 на параметры сигналов ЗВ ( художественного и информационного), позволяющий реально разрабатывать и эксплуатировать устройства первичной обработки и передачи сигналов ЗВ. При уточнении этого ГОСТ в 1995 г. основные значения норм остались без изменения.

Исследовались параметры сигналов в каналах ЗВиМО:

* до и после "ручной обработки";

* на выходе авторегуляторов, работающих в сторожевом режиме-,

* на выходе авторегуляторов, работающих в системе информационного вещания (глубокое сжатие диапазона уровней, жесткая спектральная обработка сигнала);

* на выходе компрессоров компандерной системы.

Структурная схема установки, созданной в МЭИСе для исследований свойств сигнала ЗВ и вариантов его обработки в каналах, приведена на рис. 4. Много внимания было уделено созданию специализиро-

Рис. 4. Структурная схема экспериментальной установки для исследований ЗВ

- 19 -

ванных анализаторов и измерительных устройств.

Исследовались интервалы стационарности сигналов художественного и информационного ЗВ, усредненные распределения мгновенных значений, распределения мощностей сигналов при разных усреднениях, энергетические спектры и др. Оценивались зоны разброса этих характеристик. На рис.5 показаны образцы записей сигналов музыкального и речевого фрагментов ЗВ - вальса "Мюзетт" и "Последних известий" -самописцем уровня 3205 ( Бршь и Къер ), временные параметры которого были приведены к соответствующим параметрам квазипикового индикатора уровня. Характер уровнеграмм свидетельствует о различиях диапазонов уровней, динамики и насыщенности передач.

Рис.5. Образцы записей сигнала вещания самописцем уровня 3205: Время интеграции 10 мс при верности 90 %. Время возврата 1,5 с на ¿6 дБ. Скорость движения ленты 1 мм/с. Масштаб по оси ординат в дБ.

Усредненное распределение уровней мгновенного значения сигнала вещания после ручной обработки приведено на рис.6. Штрих-пунктиром показаны границы существования функции распределения с вероятностью 0,9. Для аппроксимации удобна функция гауссовского закона

егГС[х,а,6) = 1 - —- Г ехрГ - ; а)" 1 бх. (1)

Л 1 б--2 1

6-/2Ж

где -<* < + «> - аргумент, а, б - среднее и среднекьадратическое значения мгновенного уровня сигнала ЗВ. Функция егГс'(х.з.б) изменяется от 1 до нуля, а при х = а равна 0,5.

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

ч

х \ч \ Л х

\ \ \

л ■ \ \\ \ '

г— \

Рис.6.

Распределение уровней мгновенных значений сигнала ЗВ (1) и гауссовская аппроксимация (2)

-70 -60 - 50 -40 При х - N , а - -24 ,

ад) - 1 -

N. ДБ

1

10-1/Й

-30 -20 -10 О б = 10 из выражения (1) имеем

г ы г № + 24)2 п

(2)

В диапазоне уровней - 5 ... - 30 дБ гауссовская аппроксимация при заданном значении Fif.ll) отличается от усредненного закона распределения не более чем на 2 дБ. Соответствие аппроксимации и эксперимента по критерию Колмогорова ж - 0,75. Отличие от гауссовского закона ниже 30 дБ объясняется наличием коротких пауз в сигнале.

Для различных вероятностей превышения ГаМ были исследованы распределения разбросов Оказалось, что распределения близки

к гауссовскому егГс'(х.а.б), но различаются параметрами (табл.1).

Распределение мгновенных значений сигнала ЗВ после обработки приведено на рис. 7. Здесь форма гауссовской аппроксимации распределения иная, ибо абсолютные мгновенные значения сигнала (. в отличие от уровней мгновенного значения) не могут быть отрицательными:

егГс(х.а.б)

1 -

б-Игл

X

I ехр[ -

(х - а)'

]чх,

(3)

где 0 > х < -I " - аргумент, а, <; - среднее и ереднеквадратическоу значения абсолютной величины сигнала ЗВ. Функция егГс(х,а,б), как и функция егГс.' (х, а,б), изменяется от 1 до нуля.

Вероятность Г1(Л0 Среднеквад-ратическое значение б Среднее значение а Критерий со-отгетствия по Колмогорову

0,75 5,5 -34 0,997

0,5 4,15 -24 0,99

0,25 3.3 -16,5 0,95

0,1 3,14 -11 0,9

0,05 2,79 -7 0,66

0,01 2,15 -5,04 0,6

0,001 2,45 -1,2 0,6

Таблица 1.

Параметры гауссовской аппроксимации егГс' (х,а,6) распределения уровней мгновенных значений сигнала ЗВ исследуемых фрагментов передач 7=2 (N3

Ц 1 и 2 и ГЛ--) - 1--Г ехрГ - (--- 0,22) / 0,362-2-).

(4)

1,0

Г1(Ю

0,6

0,4

0.2

0,0

\ N. ч N

N \ ^ \ Л 4 \\

ч \ \ \

\ \ \ \ \ \

\ \ ч \ \

Рис.7.

Распределение уровней мгновенных значений сигнала ЗВ на входе МКЗВ

-40 -30 -20 -10 -0 10

N. ДВ

Пунктиром приведены границы интервала существования распределений е = ±5 дБ . ( ас = 0,9 для Г1(Л0 = 0,5; для остальных значений Г1{И) интервал существования меньше ).

Таким образом, было выявлено, что при ручной обработке сигналов ЗВ распределение уровней хорошо аппроксимируется гауссовским законом распределения вероятностей, тогда как при использовании авторегулирования получен гауссовский закон вероятностей мгновенных значений сигнала.

Звукорежиссер обрабатывает сигнал по критерию громкости звучания, тогда как применявшиеся авторегуляторы эту основную функцию не выполняли. Было показано, что при современной технологии головного тракта, но при отсутствии авторегулирования разброс параметров сигналов ЗВ очень велик.

На рис. 8-10 приведены некоторые материалы экспериментальных исследований энергетического спектра усредненного сигнала ЗВ до и после обработки. На рис. 8 пунктиром показаны границы интервала существования этого спектра. Критерий ае соответствия аппроксимации и экспериментальных результатов по Колмогорову на частотах 63, 400 и 6300 Гц равен 0,8; 0,97 и 0,9 соответственно.

50 500 5000 Г, Гц

Рис.8. Усредненная плотность энергетического спектра сигналов ЗВ

При расчетах вначале определялся средний для всех отрывков уровень мощности сигнала в каждой полосе. Затем, учитывая, что распределение уровнен мощности сигнала вещания близко к гауссовскому с дисперсией бг, вычислялся уровень мощности

л' = дгср + 0Л562 . (5)

В результате исследований энергетического спектра сигналов вещания после преобразований (рис.10) выявлено следующее.

1,0

0,2

0,0

Яо(//)

Г = 63 Гц

ж = 0 8

У> N. ДБ

1,0

0,2

-60 -50 -40 -30 -20

0,0

г2(Д0 Г = 4( эе = 0 Ю Гц 97 /

> / N. ДБ

-40 -30 -20 -10

1,0

0,2

0,0

Г2№) г = б; ае = 0 ЮО Гц 9 У

/ N. ДБ

О

-10

-20

-60 -50 -40 - 30 - 20 +10

Рис. 9. Разброс значений энергетического спектра сигналов вещания на частотах 63, 400 и 6300 Гц

'). ДБ/1 ...........- 2- 5

4, 1 2 ' Ч X 3 ^ ■н 4

50

500

5000 Гу Ги,

Рис. 10. Относительное изменение спектров сигнала ЗВ после обработки: 1,2- Ограничение на 6 и 12 дБ; 3, 4, 5 - Сжатие на 12 дБ компрессорами: ГДРЗ, МТС и МТС с ПИК

- VA -

При ограничении на 12 дБ, и при сжатии компрессором ГДРЗ максимальное изменение спектров не превосходит 5 дБ, причем подъем -не более 1,5 дБ.

Можно утверждать, что авторегулирование не приводит к большим изменениям энергетического спектра, поэтому при расчетах систем связи можно использовать усредненные данные, приведенные на рис. 8. При данном виде обработки ОСМ в каждой полосе частот следует увеличить пропорционально относительной средней мощности всего сигнала.

По всем распределениям и по усредненному энергетическому спектру сигналов ЗВ рассчитывалась относительная средняя мощность (ОСМ) сигнала, которая отличалась от реальных измерений не более чем на 10 %. Учитывая нестационарные свойства сигнала ЗВ, наибольший интерес представляют исследования среднеминутной мощности. Исследования показали, что распределение среднеминутной мощности сигнала ЗВ мало зависит от содержания и может быть аппроксимировано гауссовским законом erfc(x,a,6) с параметрами: а = 0,26 и б = 0,7.

В табл. 2 даны оценки ОСМ на выходе модели канала, составленного из компрессора АДК 802 М2 и компрессора аппаратуры АВ02 с пре-дыскажающим контуром (ПИК). В полном наборе такой канал соответствует передаче программ иновещания. Для речи наибольшее значение ОСМ сигнала, поступающего в групповой канал связи, составляет 0,2, а для музыки - 0,29. Незначительные увеличения ОСМ при выключении ПИК объясняется тем, что компрессор типа АДК 802 М2 ограничивает АЧХ на низких и верхних частотах, что снижает эффективность ПИК.

Таблица 2.

Оценки ОСМ на выходе канала ЗВ

Структура модели канала вещания Относительная средняя мощность выходного сигнала при передаче...

с компрессией ... последних известий (25 мин) ... музыкальных отрывков (20 мин)

Без авторегулятора 0,046 0,057

Компрессор ГДРЗ 0,100 0,148

Компрессор ГДРЗ + + Компрессор МТС 0,173 0,270

Компрессор ГДРЗ + + Предыскажающий контур + + Компрессор МТС 0,200 0,290

Распределение уровней среднеминутной мощности сигнала, обрабо танного инерционным ограничителем со степенью сжатия 4...6 дС (обобщенно для 1-й программы и программы "Маяк") также хорошо аппроксимируется гауссовским законом распределения вероятностей

1 ,« г (И + 8,5)" .

- 1---] ехр[ - ~ ^ - \аН = егГс'(Ы;-8,5;2.4).

2,4У2Я ' (6)

При обработке сигнала ЗВ двумя авторегуляторами с различными временными параметрами, а также для сигнала в режиме иновещания, гауссоБскне аппроксимации егГс(х,а,б) распределений вероятностей среднеминутной мощности сигнала ( а не её уровня) имеют параметры, приведенные в табл.3.

Исследуемый сигнал вещания Среднеквад-ратическое значение, б Среднее значение, а

Сигнал обработан двумя авторегуляторами с различными временными параметрами 0,8 0,31

Речевые сообщения в режиме иновещания 0,7 0,26

Музыкальные фрагменты в режиме иновещания 0,7 0,28

Таблица 3.

Параметры гауссовской аппроксимации средне-минутной мощности сигнала ЗВ егГс(х, з,б)

Результаты исследований распределений 5-мс мощности сигнала ЗВ на входе и выходе ограничителя ГДРЗ приведены на рис.11. На рис. 12 отражены аналогичные результаты для входа МКЗВ С. при последовательном включении ограничителя ГДРЗ и компрессора ABO с предыскажающим контуром (ПИК)], а также в режиме иновещания.

Для аппроксимации экспериментальных результатов были подобраны весовые суммы экспоненциальных функций

Гп(Р) = А ехр[-«(Р)] + (1 - А) ехр(-вР), (7)

параметры А, а и "с которых для различного исследуемого материала приведены в табл.4. ' ■ "

0,8 0,6 0,4 0,2 0,0

FiCPc 5Тн)

1

2 У

Рот II

Рис.11.

Распределение значений 5-мс мощности сигнала ЗВ на входе (1) и выходе (2) ограничителя ГДРЗ

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

Рис.12.

распределение 5-ыс мощности сигнала ЗВ на входе МКЗВ при последовательном включении ограничителя ГДРЗ (3) и компрессора ABO с предыс-кажахщим контуром (2), а также в режиме иновещания (3)

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Обобщенные распределения уровней ОСМ, усредненных за 5 мс, на входе и выходе ограничителя ГДРЗ приведены на рис.13 и 14. Здесь же пунктиром даны границы разброса.

Исследуемый сигнал звукового вещания Параметры аппроксимации (7)

А « (Р) 0

На входе ограничителя ГДРЗ 1 5,2 /Р -

На выходе ограничителя ГДРЗ 0,6 5 Р 105

На входе МКЗВ 0,9 3,2 Р 32

В режиме иновещания 0,85 2,8 Р 115

Таблица 4.

Параметры экспоненциа-альной аппроксимации распределения 5 мс мощности сигнала ЗВ

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

ЖЛО

0,0

\ Ч

\ V \ \

V \ \

Аппр \ эксима-ция \ \ \

Ч к Ч \ \ \

N \ \ \ ч \ \ \

Рис.13.

Обобщенное распределение уровней ОСМ. усредненных за 5 мс, сигнала ЗВ на входе

ограничителя ГДРЗ

-20 -16 -12

-4

О

N. дБ

Па основе знания статистических свойств сигналов ЗВ, их изменений при первичной обработке, а также в результате проведения натурных экспериментов при передаче радиовещания, проведения субъективно-статистических экспертиз на заметность искажений и максимальную разборчивость в плохих условиях приема радиосигналов удалось оптимизировать параметры автоматических регуляторов уровня в тракте первичной обработки сигналов ЗВ. В результате с учетом контрольных ССЭ были подтверждены требования к параметрам авторегуляторов уров ня первичной обработки сигналов вещания ( табл. 5).

ЖЛО

\ Аппро <симацл \ 1

\ \ \ \ \

V \ ч \ \ \ \ \

\ \ \ \ \ \ л \

\ \ \ \ \ \

V Ч \ Чч

Рис.14.

Обобщенное распределение уровней ОСМ, усредненных за 5 мс, сигнала ЗВ на выходе ограничителя ГДРЗ

-20 -16 -12 -8

N. ДБ

Таблица 5.

Параметры авторегуляторов уровня сигнала ЗВ

Технические характеристики авторегуляторов уровня сигнала ЗВ Для российского (художественного) вещания Для иновещания (информационного) и оповещения

Время срабатывания Время восстановления Диапазон сжатия АЧХ предыскажающего контура (ПИК) 1 ... 3 мс «2с 5 ... 6 ДБ ПИК отсутствует « 5 не * 300 мс 12 ...18 дБ Ниже 500Гц - спад 6 дБ/октава; в районе 3 ... 6 кГц - подъем на 6 дБ

Были также расшифрованы методы обработки передач на русском языке таких радиостанций, как "Голос Америки", "Би-би-си", "Немецкая' волна", "Радио Швеции", "Голос Израиля".

Используемые за рубежом методы'первичной обработки связаны с протяженностью и типом трасс, обеспечиваемым качеством звучания и индивидуальностью радиокомпаний. Проведено их сравнение между собой и с другими аналогами. Подтвердилась разумность выбранных техничес-

ких характеристик отечественных авторегуляторов иновещания (коэффициент сжатия, АЧХ и др.). Было показано, что при подаче сигналов ЗЕ на радиопередатчик или на вход МКЗВ через реальную соединительную линию применение безынерционного ограничения на 6 дБ (устройство типа "Эффект") не целесообразно.

Для задач информационного вещания и оповещения по каналам ЗВ в условиях помех были организованы опытные передачи слоговых -таблиц и Фрагментов информационных передач.при различных режимах первичной обработки сигналов вещания и проведены статистические измерения разборчивости и субъективно-статистические оценки качества звучания передач.

Для КБ каналов вещания и акустического оповещения на открытых территориях обосновано использование инерционного компрессора с временем восстановления 200 ... 300 мс и предыскажающим контуром (см. табл.5) [ 2, 5, б, 8, 10 - 13, 16, 23, 24, 29, 30, 31, 46, 48, 49, 78 - 833.

Третий раздел

Метрологические вопроси передачи сигналов по каналам ЗВиМО

Исследовались показатели качества каналов и трактов ЗВ, начиная от микрофона и оканчивая абонентским оборудованием, с учетом реальных условий эксплуатации, оговоренных действовавшими в период проведения исследований Правилами технической эксплуатации трактов звукового и телевизионного вещания.

Сложность организации трактов ЗВ в России характеризуется большим числом коммутационно-распределительных аппаратных (рис.3), большой протяженностью трактов, нестабильностью коэффициента передачи трактов перед авторегуляторами и между ними, поэтому возможны значительные динамические искажения сигналов вещания, приводящие к росту искажений и помех и в'итоге - к искажениям, заметным на слух.

Исследования проводились поэтапно. На первом этапе были созданы методика и оборудование для измерения и документирования на магнитофоне текущих характеристик реальных трактов ЗВ, в частности динамики изменения Кпер, квазиамплитудной характеристики, шумов, помех и АЧХ. Исследовались реальные тракты, начиная с трактов формирования и реальных МКЗВ различной протяженности, вплоть до канала звукового вещания Москва - Владивосток.

Разработанная методика исследований коэффициента передачи и шумов основывалась на документировании их в процессе измерений пу-

тем записи па магнитофон с калиброванным А'пер- При последующи лабораторных статистических исследованиях была сформирована объективная картина состояния каналов ЗВ, уточнены количественные характеристики параметров реальных искажений и помех.

Оснополагающей задачей являются исследования стабильности коэффициента передачи элементарных и составных каналов ЗВ. Для получения объективной фотографии стабильности затухания на очень большом числе реальных каналов вещания, исследовались причины, пределы и законы изменения коэффициента передачи Кпер- Затухание в канале вещания может изменяться во времени плавно, скачком или колебательно. Известно, если стабильность затухания внутри компандерной системы равна 2 дБ, то на выходе этой системы - 4 дБ. Таким образом, для составного канала ЗВ обеспечение постоянства затухания становится проблемой. В табл. 6 и на рис. 15 показано усредненное распределение изменения коэффициента передачи ДКпер-

На основе параллельно проведенных субъективно-статистических экспертиз качества передачи были определены допуски на ДКПер . а затем оценены возможности реального обеспечения этих допусков.

Таблица 6. Разброс коэффициента передачи каналов ЗВ

Отклонение Япер от среднего значения,дБ Вероятность (%) -доля времени измерений

> ±2 2,1

на 1 1,65

на 2 0,235

на 3 0,206

до 5.5 0,023

-4

Рис. 15. Усредненное распределение отклонения коэффициента передачи МКЗВ

На рис. 16 показаны усредненные результаты субъективно-статистической экспертизы заметности изменения коэффициента передачи при различных законах и параметрах изменения Кпвр. Экспертами были звукорежиссеры и профессиональные музыканты. Видно, что субъективные

требования звукорежиссеров к стабильности Кпер ънметно выше по сравнению с экспертами-музыкантами.

Рис. 16. Заметность изменения коэффициента передачи Кпер, усредненная по программе: 1 - Кпер меняется скачками через 1 с; 2 - Кпвр колеблется с периодом Т; - оценки звукорежиссеров; ---- оценки музыкантов

Проведенные исследования показали, что стабильность коэффициента КПер недостаточна для высококачественной передачи сигналов ЗВ. Существующие нормы на тракты вещания не учитывают влияния изменений Кпер на класс качества канала и поэтому не позволяют полностью и качественно оценить многоканальные системы передачи (МСП). Исходя из этого были проведены исследования и разработки автокомпенсации затухания каналов ЗВ, что наряду с улучшением стабильности коэффициента передачи обеспечило увеличение шумоподавления.

Важной проблемой для составных каналов вещания является корреляция изменений коэффициента передачи Мпер составляющих элементарных каналов вещания ( рис. 17). Наличие заметной корреляции между этими изменениями является основанием для арифметического суммирования МПер вдоль составного канала.

Результаты исследования значений порогов заметности изменения громкости при изменении КПер канала заложены в основу проектирования автоматических компенсаторов изменения коэффициента передачи Кпер и обоснованного нормирования показателей качества составного междугородного канала звукового вещания (МКЗВ).

Г-'

Рис. 17. Организация исследований составного МКЗВ

Другими исследованиями компандерных систем ЗВ было выявлено, что шумопонижение предварительно сжатых сигналов не достигает расчетных значений. Поэтому было предложено компандерную систему заменить на достаточно сложный шумоподавитель на выходе МКЗВ, что в комбинации с автокомпенсатором коэффициента передачи позволило не только получить стабильный канала ЗВ, но и снизить при этом загрузку системы сигналами иновещания до 32 мкВт на канал ТЧ.

Предложенная модель субъективного восприятия шумопонижения, позволила рассчитать шумопонижение в ВЧ каналах трехпрограммного проводного вещания (ТПВ) и создать шумоподавитель для реставрации грамофонных монопластинок ( при воспроизведении их стереофоническим звукоснимателем).

Некоторые реально вносимые искажения сигналов вещания не вписывались в ряд уже занормированных по заметности, поэтому методами ССЭ были уточнены пороги заметности этих искажений.

Искажения "сдвиг спектра". Структурная схема лабораторного устройства для регулируемого переноса спектра сигнала вещания, моделирующего сдвиг спектра в МКЗВ, дана на рис. 18.

Рис. 18. Схема исследования искажений "Сдвиг спектра.": , ?г - поднесущие гармонические колебания;

Д? = - Га - значение сдвига спектра

В экспериментах использовался уникальный кварцевый фильтр с полосой 86 ... 96 кГц. При исследовании канала вещания с полосой 50 ...10000 Гц было выявлено, что сдвиг ЬГ < 0,5 Гц не заметен даже для высшего класса качества; сдвиг на 1 Гц - допустим для 1-го класса. Сдвиги сигнала ЗВ по частоте более 2 Гц заметны всегда. Эти данные внесены в нормативные документы.

В качестве побочного результата выявлено субъективно воспринимаемое замедление и ускорение темпа исполнения при незначительном сдвиге спектра Еверх или вниз соответственно. Этот эффект возможно использовать при построении некоторых устройств первичной обработки сигналов ЗВ.

"С"-искажения. Этот вид искажений сигналов был впервые замечен при первых шведских УКВ-ЧМ передачах на свистящйх ' и шипящих

звуках. Структурная схема модели канала, имитирующей возникновение "С"-искажений показана на рис. 19.

Рис. 19. Модель канала., имитирующая возникновение "С'-искажений

В результате частотных предыскажений отдельные высокочастотные спектральные составляющие сигнала ЗВ могут превысить порог ограничения по амплитуде. При этом возникают разностные компоненты, попадающие в полезную полосу частот и необратимо ухудшающие качество передачи речевых сигналов.

Исследование наличия "С"-искажений обычно проводится методом разностного тона, а при субъективной экспресс-оценке по характерной фразе " Маленькая курочка, ты ошиблась улочкой. Это - детский сад, но не для цыплят".

Для предотвращения "С"-искажений в канале ЗВ необходимо, чтобы высокочастотные спектральные составляющие сигнала были бы всегда меньше среднего уровня сигнала на величину частотной коррекции.

Хотя метрология "С"-искажений нечетко отражена в нормативных материалах, при разработках авторегуляторов уровня сигналов вещания используются специальные цепочки управления для устранения этих искажений. Важно отметить, что рассмотренная модель "С"-искажений хорошо подходит для любых усилителей низкой частоты, магнитофонов, звуковоспроизводящих устройств, радиоканалов с АМ или ЧМ, устройств проводного вещания и т.д.

Кроме того, были исследованы:

* заметность тембральных искажений при изменении взаимного расположения микрофона и исполнителя. Предложен и осуществлен вариант авторегулятора с динамически изменяемой АЧХ для их компенсации;

л заметность продуктов переходных процессов и процессов шумопонижения в компандерных системах. Обоснованы модель и методика исследования. Получены исходные данные для нормирования характеристик авторегуляторов и практических разработок устройств.

При организации каналов ЗВ в трактах многоканальных систем передачи ( радиорелейных и кабельных ) важное значение имеют шумовые характеристики, связанные со взаимными помехами и уровнем загрузки МСП в целом. Речь идет об уточнении методики эксплуатационных изме-

рений помех в ЫОП с 41А и, в частности, о таких параметрах помех, как спектральная плотность мощности (энергетический спектр), распределение мгновенных значений помех, распределения мощностей помех, усредненных за 5 не, ) с. 1 мин.

Исследования показали, что несмотря на большой разброс уровней помех в каналах вещания, форма их распределений и спектральный состав совпадают, и эти характеристики целесообразно представить в обобщенном виде. Все результаты измерений различных параметров помех были обработаны таким образом, что относительные средние мощности (ОСИ) помех стали равными (по усредненным за соответствующий период показаниям измерителя ОСМ). Это соответствовало приведению всех распределений ( в линейном масштабе ) к одинаковой средней мощности.

Функции, аппроксимирующие наиболее характерные распределения с погрешностью не более 0,5 дБ, имеют вид:

а) Гауссовское распределение уровней мгновенной мощности помех (рис. 20)

1 г № + 5,5)2 \ --$ еХр(- 2 в ) сОТ , (8)

\/%Л ■ 6,8 -со

где N - абсолютный уровень мощности в дБ.

б) Гауссовское распределение уровней мощности помехи при усреднении за 5 мс ( рис. 21)

ш - /ехр(_ ж ом* ^ ^ _ (д)

/— с' , 4 '

/2Я ■ 2,4

в) Экспоненциальное распределение уровней мощности помехи при усреднении за 1 с ( рис. 22)

Р (Ю = I 10 °>95> ПРИ м >' °-5 ДВ »

'1/2 при N 0,5 дБ }

где,- х = Р\ / Р0; Ро - средняя мощность, к которой приводились мощности всех измерений.

На рис. 20 - 22 приведены наиболее характерные распределения (сплошные линии) и границы их изменений (штрих-пунктир) с вероятностью 0,9 . Видно, что наибольший разброс имеет распределение мгновенных значений. Поэтому для них проведена оценка статистичес-

кок погрешности измерений пределах измерений.

- сю -

но превышающей 0,85 дБ при максимальных

1,0

О,» 0.6 0,4 0,2 0.0

\ \ \ \ •

\

\ NN.

-4 О

N. ДБ

1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0.0

\ Х\ — —

V1 \\ \

\ Л \\

Л-

\\

-4 О

8 ЛГ.ДБ

Рис.20. Обобщенное распределение Рис.21. Обобщенное распределение уровней ОСМ (усредненных за 5 мс) уровней ОСЫ (усредненных за сек-

помех в каналах МКЗВ 1,0 0.8 0.6 0.4 0,2 0.0

кунду) помех в каналах МКЗВ

Л \

л \ \ \\

V

\\ \

Рис.22. Обобщенное распределение уровней ОСМ (усредненных за минуту) помех в каналах МКЗВ

-8 -4

О

4 А,ДБ

По данным измерений мощностей шумов, усредненных за 1 мин, была сделана попытка определить интервал стационарности помех с использованием в качестве критерия для анализа величины отклонения текущего среднеминутного значения ( по показаниям измерителя ОСМ) от среднего за сеанс. Оказалось, что интервал стационарности помех не постоянен и изменяется в пределах от 3 до 23 мин.

Усредненная по' 'Всем каналам спектральная плотность мощности (СПМ) помех'(уровень мощности на выходе 1/3-октавных фильтров) с выключенными (штрих-пунктир) и включенными (сплошная линия) коррек-

- з? -

тирующими контурами приведена на рис. 23. Вертикальными линиями показаны возможные усредненные уровни фона и периодических помех на частотах 50, 100, 150, 4000 и 8000 Гц. Границы измерений СПМ с вероятностью 0,8 (штрих-пунктир) сужаются в низкочастотной части, показывая определяющее воздействие фона при измерениях уровней помех.

50

40

30

20

10

S( Ь.дв

„ — 1—' -

_ — ~ ~ ^ \

Рис.23.

Усредненный

спектр

шумов

МКЗЗ

50

500

5000 Г.Гц

Это также подтверждается данными табл. 7, где приведено относительное число сеансов ( в процентах к общему числу), в которых уровни периодических помех выше уровня остальных помех на 10, 20 и 30 дБ. Видно, что преобладающими в большинстве каналов являются составляющие фона с частотами 50 и 100 Гц.

Таблица

Превышение помехи, ДБ Относительное число сеансов (%) к общему числу при частоте помехи (Гц):

50 100 150 4000 8000

10 86 32 7 10 5

20 52 21 0 0 0

30 13 0 0 0 0

Проводимый одновременно с измерениями акустический контроль помех выявил наличие помех импульсного характера, воспринимаемых как щелчки различной громкости и интенсивности. Исследования пока,-

зали, что щелчки имеют характер нерегулярного, быстро затухающего периодического процесса длительностью 100 ... 150 мс с частотой заполнения 150 ... 200 Гц. Субъективная заметность такого рода помех хорошо согласуется с показаниями квазипикового индикатора ИУ-П, которые значительно выше показаний вольтметра B3-13.

Научно обоснованы следующие предложения по методике эксплуатационных измерений помех в каналах вешания:

1. Измерения помех необходимо проводить в течение часа: цикличность периодических измерений шума и фона должна быть не менее одного раза в квартал.

2. Разделять фоны и шумы следует только с помощью фильтра Д-0,2 но отнюдь не с помощью псофометрического контура, как это иногда делается.

3. Необходимо также строго придерживаться правила измерения фонов приборами среднеквадратических значений, ввиду возможного содержания большой величины 2-й или 3-й гармоник частоты 50 Гц. Показания этих приборов пропорциональны мощности сигнала и практически не зависят от его формы.

Далее были исследованы спектральные характеристики заметности селективных помех. Полученные результаты явились основой нормирования МКЗВ и разработки устройств автоматического контроля качества каналов.

В процессе исследований была изменена методика субъективно-статистических экспертиз качества звучания для ускорения сходимости результатов ССЭ при меньшем числе экспертов. Приближение экспертизы к пороговым методам индивидуально для каждого эксперта.

Рост требований к качеству передачи сигналов вещания приводит к необходимости нормирования помех в междугородних каналах звукового вещания (МКЗВ), в частности импульсных и селективных помех.

Рассмотрим помехи, возникающие между компрессором и экспандером компандерной системы. Они представляют наибольший интерес, так как механизм шумоподавления компандерной системы весьма сложен. Шумоподавление зависит от временных параметров компандерной системы и от свойств слуха (его частотных и временных характеристик). В качестве объекта исследования использовался компандер типа AB 2/3.

Структурная схема модели канала, использованной во время субъективно-статистической экспертизы на заметность, приведена на рис.24. Эта схема обобщает модели восприятия шумопонижения. Можно объективно оценивать шумопонижение, вносимое различными авторегуляторами, компандерными системами, экспандерами и т.д.

Импульсная помеха представляет собой отклик канала на единич-

- ЗУ -

ньш скачок напряжения: на выходе канала образуется радиоимпульс с затухающей огибающей, параметры которого зависят от полосы частот канала, поэтому источник импульсных помех содержал батарею, ключ, фильтр, имитирующий канал, и калиброванный регулятор уровня.

Магнитофон

Усилитель

Сигнал управ ления I

Компрессор

Датчик случайных чисел

Т.

Фильтр, имитирующий канал

Генератор гармоническо го сигнала

Экспандер

Калиброванный

регулятор

уровня

Контрольный акус-ческий агрегат

Селективная помеха: 1...12 кГц

Рис. 24. Структурная схема модели канала при ССЭ на заметность искажений и помех

Помехи в реальных каналах вещания могут возникать в любые моменты не коррелировано с полезным сигналом; количество их может достигать 8 ...•10 за 10 ... 15 с. Эксперту также была дана возможность вводить помеху самостоятельно в удобный для него момент, т.е. при максимальной заметности.

Учитывая опыт проведения многочисленных экспертиз, особое внимание обратили на снижение усталости экспертов, поэтому они работали поодиночке, а максимальная длительность сеанса была сокращена до 45-50 мин (включая небольшой отдых), чистое время звучания - около 30 мин. Эксперт сам не заполнял карточек экспертизы, за него, это делал .сидящий рядом сотрудник. Экспертами были звукорежиссеры, композиторы, , музыканты и звукооператоры.

Экспертиза проводилась в комнате прослушивания ГДРЗ: показатели аппаратуры соответствовали высшему классу качества. Фильтр имитировал каналы 1-го и высшего классов. Основное число сеансов проводилось с фильтром до 10 кГц. Уровень громкости при прослушивании соответствовал принятому в ГДРЗ (при измерениях шумомером в местах с повышенным уровнем громкости) и равнялся 92 дБ. При калибровке аппаратуры и затем при экспертизе все уровни помех в электрическом тракте отсчитывались от номинального уровня на входе экспандера.

Поскольку помехи возникают в основном в высокочастотной части звукового диапазона, они наиболее заметны на произведениях, содержащих низкие частоты с достаточным диапазоном уровней, так как ком-пандерная система вносит максимальную помехозащищенность на малых уровнях и минимальную на больших, но на больших уровнях маскировка помехи сигналом увеличивается.

1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0

р / ✓

/

у к, ДБ

-30

-20

-10

-50

Рис. 25.Заметность импульсных помех

Рис.26. Заметность селективных помех

Результаты экспертизы импульсных помех приведены на рис.25, где показана заметность Р в зависимости от уровня помехи N устанавливался по мгновенным значениям помехи с помощью осциллоскопа.

Соответствующие результаты исследований для селективных помех отражены на рис.26. Здесь параметром служит частота помехи в кГц.

В процессе осмысливания результатов исследований каналов ЗВ был сформулирован постулат " О зависимости характеристик канала ЗВ от передаваемых сигналов". Тем самым расширена классификация каналов с переменными параметрами. Далеко не всегда изменение параметров каналов в зависимости от свойств сигналов сопровождается улучшением качества передачи. Обоснована необходимость нормирования параметров и режимов первичной обработки сигналов художественного, информационного вещания и массового оповещения. Исследована зависимость эффективности работы систем шумопонижения ( устранения избыточности) от первичной обработки сигналов ЗВ. Этот постулат верен для аналоговых и цифровых систем связи, включая системы коммутации.

В процессе многолетних исследований звукового вещания была улучшена методика проведения субъективно-статистических экспертиз качества звучания для ускорения сходимости результатов экспертиз

при меньшем числе экспертов. Приближение экспертиз» к пороговым методам индивидуально для каждого эксперта. Предложено применять стереофоническое воспроизведение шумов и помех при исследованиях разборчивости передач информационного вещания и оповещения. Разработана процедура оценки оптимальности методов первичной обработки сигналов по результатам субъективно-статистических экспертиз. Проведены сравнительные экспертизы звучания различных звуковоспроизводящих устройств систем звукового вещания и массового оповещения.

Четвертый раздел Особенности загрузки МСП с ЧРК сигналами ЗВ

В результате исследований показана необходимость организационных и технических мероприятий по предотвращению перегрузки групповых усилителей многоканальных систем междугородной связи при дублировании передач ЗВ.

Как известно, нормируемая мощность сигнала вещания в точке нулевого относительного уровня составляет примерно 930 мкВт, что значительно больше 32 мкВт для сигналов в каналах ТЧ. Большое внимание уделяется вопросам снижения уровня мощности сигналов ЗВ при сохранении качества передачи. С учетом принимаемых мер удается снизить удельную загрузку сигналами ЗВ до уровня каналов ТЧ.

Однако представляет интерес ситуация, когда по тракту МСП с ЧРК необходимо организовать передачу идентичных сигналов ЗВ. Передача сигналов звукового вещания одинаковой программы по нескольким МКЗВ в одной МСП с ЧРК приводит к резкому возрастанию загрузки системы этими сигналами.

К сожалению, избежать такой ситуации не удается, так как возможно дублирование передач по разным каналам (объединение программ на входе системы), параллельная передача разных программ, частично дублирующих друг друга (передача последних известий), параллельные пробеги в одной системе одной программы по нескольким каналам, передающим сигналы разным потребителям (например, совпадение каналов магистральной и зоновых сетей ЗВ). Указанные ситуации могут наблюдаться практически во всех местах сети каналов ЗВ (как под Москвой, так и по стране).

Исследования топологии сети каналов ЗВ показали постоянную возможность одновременной повседневной передачи двух сигналов в одной системе общей протяженностью 9000 км ( для передач на русском языке) и 4700 км ( для передач на английском языке).

При объединении программ общая протяженность таких участков составляла: 16700 км для двух каналов ЗВ, 3120 км для трех каналов, 2200 км для четырех каналов и 220 км для пяти каналов.

Физически резкая перегрузка групповых устройств систем с ЧРК возникает при совпадении максимальных значений мощных сигналов ЗВ, т.е. пики напряжения увеличиваются в л раз, а пиковая мощность соответственно в г?' раз. ( п - число парциальных сигналов).

Эта проблема перегрузки исторически связана с торжественно-красивым объявлением "Работают все радиостанции Советского Союза. .." и является обобщением известной задачи суммирования когерентных гармонических сигналов, тщательно разрабатываемой в современных системах с шумоподобными сигналами (ШПС).Сложение большого числа когерентных гармонических сигналов в шумах позволяет обеспечить передачу сообщений на уровне ниже шумов в системе.

При сложении нескольких гармонических сигналов разных частот компактное выражение суммы известно только для частного случая двух одинаковых простых сигналов. В общем же случае распределение мгновенных значений суммы независимых гармонических сигналов со случайными фазами постепенно трансформируется от закона арксинуса к гаус-совекому распределению.

' В случае ЫСП с ЧРК групповой сигнал - это совокупность модулированных по амплитуде (точнее ОБП) поднесущих частот. Групповой сигнал, передаваемый на различных поднесущих частотах, несмотря на небольшую среднюю мощность, может дать большие пиковые значения напряжения. Появляющиеся пики огибающей представляют собой большую и нежелательную перегрузку для усилителей и модуляторов ЫСП.

Рассмотрим два гармонического сигнала с разными несущими, но модулируемых по амплитуде синхронно одним и тем же гармоническим сигналом с частотой F и индексом модуляции т.

' bcHx(t) -'Um (1 +"m sin'2«Ft) [sin Ziífit + sin 2jtf2t] -

- -Um (1 + m sin 2jtFt)'2 sin[jt(fi+f2)t] • cos[Jt(fi-f2)t] (11) В частности, при f\ - fg выражение (11) упрощается

Ucuy.it) = 2Um (1 + m sin 2itFt) sin 2Kfit . (12)

■ При 100 % модуляции имеем максимальное мгновенное значение группового сигнала, равное 4Um.

Если два гармонических сигнала с разными частотами f\ и Гг модулируются в противофазе, одним и тем же гармоническим сигналом, то можно записать:

UnpoCt) = l/m[(l + т sin2itFt) sin 2rtfit + (1 - m sin2JtFt) sin Zttfzt\.

(13)

Естественно при f\ = f<¿ имеем unp®(t) = SUm sin Ztfxt , т.е. максимальное значение сигнала равно 2Um. Сравнивая выражения (11) и (13), можно отметить, что максимальное значение суммы двух модулированных гармонических сигналов определяется выражениями в круглых скобках 1±т sin 2%Ft. Когда выражение (1 + msln ZtFt) - максимально, выражение (1 - msin2jrFt) - минимально и наоборот.

Таким образом, показана на простом примере роль варианта модуляции на размах модулированного сигнала в МСП с ЧРК.

В общем случае запишем сигнал при однополосной амплитудной модуляции (ОВП)

z(t) = £(t) exp-CJСф(t) + 0]> , (14)

где t - время, E(t) - величина сигнала, изменяющаяся во времени, <?(t), 8 - текущий угол и фаза поднесущей.

Групповой высокочастотный сигнал в МСП с ЧРК можно представить в виде суммы составляющих с,¡(t) и Tij(t), связанных преобразованием Гильберта

п п

u(t) Е zi(t) - E[4i(t) cos (w¡ t - 8j) + тц (t) sln(«it - Bj)],

i=1 i=1 (15)

где n - число сигналов, uj, 8¡ - угловая частота и фаза. Энергетика такого сигнала характеризуется автокорреляционной функцией и дисперсией соответственно:

_ п п

ßu(ti. tn) - Е ES (t) cos(uiti + Wjtj - 8U) -

i=l 3-1 tf

n n

- E E В (T) sin(Wj tj + (üjtj - 8¡ j) ; (16)

i=i j=l CiTij

D(t) = D (n + 2 E c.os[(wi - WjH - e¡j]} 4 i=l. ' J >i

где: В (т) - В - В (г) = В (т) ; X " Li - t3 ; Oij = 8j- 6j £.1 C, onj

Bu(ti. tj) I - 0u(t) ; ВЛХ)\ ш D I В (x) I =0 Iti-tj C, |t-0 C, СП I X=0

Л связь между составляющими группового сигнала - функцией взаимной корреляции

__п

B(ti.tn) «= г\ L B(XU) cos((i)jtj - Ujtj - 8jj) -4-1 4

о >i

n n

- E В (T) sin[(ui - u>i)t - 8и] , (18)

i-l ATI J

j >i

Когда tj - tj = t (в совпадающие моменты времени), выражение (15) упрощается

п

£(t) = 2 D L cost(o)i - uj)t - 8ij] . (19)

4 l-l j >i

Легко показать, что при передаче в МСП нескольких идентичных сигналов ЗВ в некоторые моменты времени, когда

п

£ cosC(o>i - uj)t - 8ij] - л(л - 1), i-l i >i

мгновенная мощность группового сигнала характеризуется квадратичной зависимостью от числа используемых для передачи ЗВ каналов.

Отсюда вытекает необходимость ослабления корреляционной связи между составляющими группового сигнала при передаче одного и того же сигнала по многим каналам системы.

Корреляционные связи могут быть значительно ослаблены введением временной задержки между поступающими на входы каналов ЗВ сигналами по низкой частоте в соответствии с интервалом корреляции группового сигнала х0■ В этом случае

В (Х0) < В (0) - D , но В (Х0) + 0 . С, С, С, СП

Выражение дисперсии группового сигнала (14) перепишется в виде п

Du(.t) - nD + 2{ L В (tk) cos[(wi - uj)t - 8и] -4 L ¡=1 4 i >i k=i

n п

-ЕВ (Тк) sint(wj - Uj)t - 8ij]> , где rk - kx0. (20) i=l 41 J

s >i k-i

Очевидно, что с ростом к ( номера канала по их числу) функции авто- и взаимо-корреляции будут все Солее уменьшаться ввиду того, что сигналы в различных каналах будут все более отличаться один от другого в совпадающие моменты времени. При х0 ■* 00 или к - дисперсия группового сигнала будет стремиться к значению nD как и в случае л независимых сообщений.

Вероятность превышения л2-кратных значений дисперсии единичного сигнала амплитудными значениями группового сигнала над средним значением дисперсии может быть записана согласно неравенству Чебы-шева как

Pix > s> < при произвольном взятии момента отсчета.

£

В грубом предположении, что В (ti) В (Tj), где

41 41

tj > Ti > т0, можно записать MzCDu.t и 0) - Cß2 + ß2 ] M2(Du.T - 0) - D2 ^J)

Су 2 С 2

Взяв 4 = nzD , получим

p-tßu > nzD > < \ ^ ДЛЯ t * 0 ,

P{Du > r>2D > < " * ДЛЯ X - 0 .

4 2n

к2 - D -2 / [ X) + ß2 (X)l . (22)

4 4 а

Можно показать, что в случае аппроксимации энергетического спектра речи с полосой частот Рмин = 300 Гц и Рмакс = 3400 Гц экспоненциальной функцией, коэффициенты авто- и взаимокорреляции пары преобразования Гильберта речевого сигнала при х0 = 10 мс составят

Р(Т) = В (X)/D (Т) * 2,5-Ю"3 ; R (Т) = В {X)/D (Т) * - 0,05 .

4 4 4Т| 4Л 4

Коэффициент к2 в (22) будет равен к2 = 80.

Таким образом, введение временной задержи между каждым из каналов низкочастотных сообщений снижает предельную вероятность достижения максимальных значений дисперсии группового сигнала по меньшей мере в 80 раз.

Отсюда вытекает необходимость ослабления корреляции между составляющими группового сигнала при передаче одного и того же сигнала по нескольким каналам системы. Корреляционные связи могут быть значительно ослаблены, например, введением временной задержки между поступающими на входы каналов ЗВ сигналами по низкой частоте в соответствии с интервалом корреляции группового сигнала т0- Было показано, что введение временной задержки между каждым из каналов вещания снизит предельную вероятность достижения максимальных значений дисперсии группового сигнала по меньшей мере в 80 раз.

Структурная схема эксперимента на модели системы связи с использованием аппаратуры К-60 приведена на рис. 27. В процессе исследований было выявлено, что при временной задержке т0 »10 мс в двух каналах К-60 вероятность достижения групповым сигналом максимальных амплитудных уровней уменьшается в 10 раз по сравнению с передачей этих же сигналов без задержки во времени между каналами.

©i

0

■СН

Аппаратура К - 60 Первичная группа ЧРК 60 - 108 кГц Анализатор мгновенных значений группового сигнала

Рис. 27.

Схема эксперимента по перегрузке МСП дублированными сигналами вещания

Эксперимент состоял в считывании магнитными головками с разнесенными зазорами записанных на магнитной ленте программ внешнего вещания на 4 языках: английском, немецком, французском и русском. Время звучания отрывков составляло соответственно 15; 8; 10; 7 минут. Разворот зазоров магнитных головок позволял получить на скорости магнитной ленты 38 см/с временной сдвиг между сигналами, равный 10 мс. При воспроизведении программы без разнесения зазоров магнитных головок на входы передающей части аппаратуры К-60 поступали когерентные сигналы вещания. Оценивалось относительное превы-

шение фиксированных порогов, которое бралось в качестве частости и соответствовало вероятности превышения уровней [ 19, 39, 82, 84 ].

Лятий раздел

Системные и аппаратурные задачи совершенствования ЗВиМО

Авторегулятор уровня с регулированием частотных характеристик. Во многих каналах ЗВ для выравнивания громкости различных передач и защиты трактов от кратковременных перегрузок, используются инерционные автоматические регуляторы уровня. Коэффициент передачи авторегулятора изменяется в зависимости от уровня сигнала таким образом, чтобы уровень сигнала на выходе авторегулятора возрастал в местах передачи с малым уровнем сигнала и поддерживался максимальным в местах с большим уровнем.

Поскольку частотные свойства человеческого слуха зависят от уровня звукового давления, то при воспроизведении тембр передачи в местах с малым уровнем заметно искажается.

Например, при увеличении звукового давления на 12 ... 15 дБ уровень громкости низших частот (30 ... 60 Гц) возрастает на 22 ... 25 дБ. Поэтому передача, прошедшая через авторегулятор, приобретает на слух избыток низших частот - "бубняшую" окраску. Для уменьшения этих искажений необходимо, чтобы АЧХ авторегулятора изменялась на 10 ... 12 дБ (при сжатии динамического диапазона передачи на 12 ... 15 дБ) в области низших частот (30 ... 60 Гц), в зависимости от коэффициента передачи. Достаточно просто можно решить эту задачу применив авторегулятор с регулировкой в цепи отрицательной обратной связи, дополнив его корректирующим контуром (рис. 28). В результате повышается стабильность работы, уменьшаются нелинейные искажения и уровень "щелчков срабатывания", чем в авторегуляторах остальных типов. Коэффициент передачи К(о>) такого авторегулятору равен

1 + В(ы)К1(и)

где К1(ы) - коэффициент передачи усилителя до введения отрицательной обратной связи, в(ы) - коэффициент передачи цепи отрицательной обратной связи.

Глубина обратной связи изменяется в зависимости от уровня сигнала, что приводит к изменению коэффициента передачи авторегулятора. При соответствующем выборе АЧХ усилителя (корректирующего контура) , можно получить изменение частотной характеристики всего ав-

- 48 -

торегулятора, зависящее от степени сжатия.

Корректирующий контур С

HI-

*

R

Рис.28. Структурная схема авторегулятора с динамическим изменением амплитудно-частотной характеристки (АЧХ)

Для экспериментальной проверки в усилитель-ограничитель типа С-21, применяемый в каналах Центрального вещания, был установлен корректирующий контур (/? « 150 кОм, с - 2800 пф) и изменены частотные и временные характеристики ограничителя. Измерение частотных характеристик в режиме, эквивалентном сжатию, производилось при подаче на разомкнутую цепь управления необходимого напряжения от дополнительного звукового генератора.

20

15

10

Н, Д!

/ 2

Рис. 29.

АЧХ авторегулятора уровня сигнала ЗВ по рис. 28

50

500

f .Гц

АЧХ ограничителя в области частот ниже 1000 Гц показаны на рис.29 (кривая 1 - до порога ограничения, кривая 2. - при ограничении на 14 дБ).

Субъективно-статистическая экспертиза целесообразности применения динамической частотной коррекции проводилась в специальном помещении с привлечением квалифицированных экспертов. Количественные результаты исследований сведены в табл.8.

Таблица 8.

Оценка эффективности динамического изменения АЧХ регулятора уровня сигнала ЗВ

Общее число экспер- Процент экспертов, которые...

Тестовый материал ... не за- ...заметили разницу, и

тов метили разницы предпочли коррекцию не предпочли коррекцию

Отрывки речевых сообщении 102 30 56 14

Отрывки музыкальных произведений 90 16 — 84

Такая реакция экспертов (в основном радиоинженеров) объясняется их привычкой оценивать качество звучания аппаратуры, обычно не воспроизводящей низшие частоты. Кроме того, поскольку звукорежиссеры прослушивают передачи при их подготовке со значительно большей громкостью, чем радиослушатели, то фонограммы, как правило, записывают с уменьшением уровеня низкочастотных составляющих. На речевых же передачах избыток низкочастотных составляющих приводит к снижению разборчивости.

На основании исследований сделан вывод, что применение динамической коррекции полезно при сжатии информационных программ, насыщенных речевыми передачами и передаваемых с большим сжатием динамического диапазона С 28, 47 ].

Расширение возможностей сетей TUB. 7рехпрограммное вещание, которое внедрено на сетях проводного вещания, явилось исходной базой разработки 6-ти канальной системы вещания по телефонным каналам в диапазоне частот до 150 кГц. При участии соискателя в АО "ВДВ -Связь" были обоснованы выбор поднесущих частот 32,- 48 , 78 , 96, 120, 144 кГц, однополосный метод передачи с восстановлением поднесущих с помощью пилот-тона 64 кГц. Помимо основных каналов вещания, параметры которых соответствуют 1-му классу качества, предусмотрена возможность передачи узкополосных сигналов группового оповещения в диапазонах частот 13,5 + 0,5 кГц и 20 + 3 кГц. Выли .исследованы некоторые вопросы электромагнитной совместимости (ЭМС) вещания при передаче цифровых сигналов по другим парам симметричного кабеля, а также возможности практического внедрения новой системы МПВ на существующих сетях ТПВ. [ 27 , 40 , 58 , 60] . • ... ... ."

Многопрограммное ЗВ по телефонным каналам. Использование телефонных сетей для передачи абонентам сигналов вещания обсуждалось еще в 20-х годах, но не получило развития по объективным причинам -в стране было мало телефонов. В настоящее время телефонная плотность в России, равна 18, что примерно соответствует удельному валовому национальному продукту, поэтому интерес к этому направлению развития звукового вещания существенно увеличился.

Специалистами ЦКБ, МГРС и МГТС при участии соискателя создана современная. 6-ти канальная система вещания (МПВ-Т) высшего класса качества, работающая в диапазоне частот 170 ...340 кГц. Здесь выбраны поднесущие частоты 178, 211, 244, 277, 310 и 343 кГц. Модуляция - амплитудная при моновещании и квадратурная при стереовещании. На опытном участке длины абонентских линий от 500 до 2500 м. В зависимости от типа кабеля затухание на средней частоте диапазона колеблется от 3 ... 6 до 15 ... 25 дБ.

В качестве абонентских устройств созданы приемники, аналогичные ТПВ. Установка стереофонических приемников-тюнеров возможна у абонентов, имеющих стереосистемы. В районах с малым числом телефонов система ЫПВТ может использовать внутридомовые сети звукового вещания. С помощью одной абонентской телефонной линии можно подать сигналы ЫПВТ для 40 абонентских точек. При совместном использовании этой системы и вышеописанной МПВ в диапазоне до 150 кГц абоненты могут иметь всего 12 каналов вешания [21, 27, 38, 40, 58, 60].

Варианты ввода сигналов оповещения в телефонную сеть . Одним из условий развития проводного вещания является наличие канала высокого уровня, что может быть использовано в системе оповещения в экстремальных условиях при отключении электроснабжения. Кроме того, некоторые виды услуг связи, предоставляемых абонентам телефонных сетей, требуют одновременного ввода информации - звуковых сообщений всем абонентам одновременно, причем это сообщение не должно прерывать разговоры и установления соединений. Такие сообщения обычно предваряются другими сигналами, предписывающими абонентам слушать радио или снять телефонную трубку и слушать. Проработаны варианты одновременной подачи сообщений абонентам различных типов АТС.

Для весьма распространенных электромеханических АТС можно вводить сигнал оповещения в цепь батареи станции. Универсальность способа обеспечивается тем, что токовое обтекание абонентской линии и телефонного аппарата обязательно во всех режимах. В процессе экспериментальных проверок было установлено, что для выравнивания громкости передаваемого сообщения с громкостью стандартного разговора при ограничении квазипикового значения сигнала 8-ю вольтами (допус-

каемое значение пульсаций источников питания) необходимо компрессирование сигналов оповещения глубиной до 18 дБ.

Проведенные эксперименты на декадно-шаговой и координатной АТС показали экономичность метода: для обслуживания 10000 абонентов требуется киловаттный усилитель. Уровни шумов и нелинейных искажений, АЧХ оказались не хуже норм на каналы ГТС [ 45, 55, 67 ].

Особенности передачи сигналов вызова по сетям ЗВ. В зависимости от используемой среды для передачи сигналов может формироваться адекватный объем сообщений. Например, к простейшему виду пейджинго-вой системы относится система массового оповещения, работающая по радиотрансляционной сети.

Проработаны основные технические и организационные вопросы персонального вызова с использованием общедоступных каналов ЗВ, в том числе и радиовещания. При этом ограниченная энергетика уплотняющих сигналов в сравнении со специально выделенными каналами компенсируется организационными достоинствами использования реально существующих технических средств. В табл. 9 приведены параметры используемых в России и Германии систем передачи сигналов пейджинга путем уплотнения радиоканалов звукового вещания.

Таблица 9. Пейджинг по каналам ЗВ

Система радио-вещального пейджинга Основная модуляция сигналов Передача сигналов пейджинга

Метод Скорость

Российская Германская Частотная Амплитудная Передача на поднесущих Дополнительная фазовая модуляция 20 ООО бит/с 200 бит/с

Оптимизация любой создаваемой системы связи'производится по нескольким взаимозависимым параметрам. Важнейшими задачами при этом являются минимизация занимаемой полосы радиочастот и уменьшение времени передачи необходимого объема информации. При этом крайне желательной является возможность создания наложенной сети связи, которая, не нарушая функционирования используемой существующей системы и не снижая ее качественных показателей, позволяет осуществлять вторичное использование выделенного частотного диапазона.

Таким образом, на основе анализа системно-социальных аспектов использования пейджинга в российских условиях и рассмотрения вопросов сращивания услуг сетей персонального радиовызова с системой

таксофонной связи показана возможность организации общедоступной системы связи нового типа с использованием различных сред дли передачи сигналов персонального радиовызова [43, 45, 68, 711.

Цифровизацня звукового вещания. Переход к цифровым методам в системах звукового вещания в настоящее время связывают с компьютерной обработкой информационных сигналов и высококачественным приемом программ вещания в движущемся автомобиле, включая прием сигналов непосредственно со спутников связи.

Применительно к условиям России эта сложная социально-экономическая и научно-техническая задача имеет много аспектов (рис. 30) и должна решаться эволюционно, путем постепенного сращивания систем ЗВиМО с системами справочно-информационных служб, пейджинга, телефонной связи, телевидения и т. д.

Выравнивание качества ЗВ и бытовой звукотехники

Увеличение числа

программ ЗВ

Расширение списка услуг связи и ЗВ

Высококачественный прием вещания . в-автомобиле

Стабилизация качества работы ЗВиМО по территории

Стабилизация качества работы ЗВ во времени

Организация защищенных коммерческих каналов ЗВ

Улучшение экологии путем снижения мощности радиостанций звукового вещания

Компьютеризация технологии ЗВиМО

Компьютеризация первичнои обработки сигналов и формирования программ ЗВ

Компьютеризация методов исследования параметров сигналов ЗВиМО

Компьютеризация методов оценки качества каналов ЗВиМО

Метрологические аспекты

Феноменологическая преемственность с аналоговым ЗВ

Оценка качества смешанных (аналого-цифровых) каналов ЗВиМО

Оценка специфических искажений в цифровых каналах ЗВ

Новые системы оценки качества цифрового ЗВ

Естественная интеграция ЗВиМО в цифровые системы связи

Рис.30. Проблематика цифрового звукового вещания в России

Нетрадиционное использование липейных сооружений 11В. Распределительные и магистральные фидерные линии проводного вещания (ПВ), или радиофикации, обычно представляют собой воздушные линии, с подвеской биметаллических или стальных проводов на опорах столбовых линий или труСостойках, установленных на крышах домов. В городах используются преимущественно стоечные линии. В сельской местности строятся также воздушные абонентские линии, в городах абонентскую сеть образуют обычно внутридомовые сети.

Средняя длина распределительных и магистральных фидеров составляет примерно 1,5 км. На территории Москвы имеется примерно 350 объектов распределения - трансформаторных подстанций (ТП) и усилительных блок-станций (БС), каждый из которых питает до 10 распределительных фидеров. Таким образом город разбивается на 350 зон, в каждой из которых имеется до 10 распределительных фидеров. Поскольку линии ПВ заходят практически на каждый дом, делались попытки использования этих сетей для передачи дополнительной информации.

Одним из нетрадиционных подходов является использование фидерных линий ПВ в роли антенн для специализированных видов связи.

В последнее время в нашей стране растет количество угнанных автомобилей, поэтому оперативный поиск угнанных автомобилей является весьма актуальной задачей.

В МГРС с участием соискателя проводились эксперименты по определению места нахождения угнанных автомобилей, снабженных радиопередатчиками, по напряжениям, наводившимся на распределительных фидерах. Ожидалось, что использование радиотрансляционной сети позволит создать в пределах населенного пункта (и за его пределами, если позволяет структура радиотрансляционной сети) достаточно дешевую и эффективную систему обнаружения угнанных автомобилей.

Во время проведения экспериментов на ТП измерялись напряжения, наводимые радиопередатчиком автомобиля на проводах распределительных фидерных линий по отношению к "земле". В качестве радиопередатчика использовалась воинская радиостанция, работающая в диапазоне около 30 МГц в режиме излучения несущей частоты. С автомобилем поддерживалась радиосвязь и по соотношению наведенных напряжений на распределительных фидерах определялось местонахождение автомобиля. Проведенные эксперименты показали, что, задав соотношение наведенных на фидерах напряжений в табличной форме, можно определять местонахождение автомобилей с точностью не хуже 50 ... 100 м.

Трансформаторные подстанции и блок-станции связаны с центральной станцией проводного вещания (ЦСПВ) одной или несколькими соединительными линиями. Чтобы узнать, от какого' автомобиля поступает

сигнал, сигналы радиопередатчиков разных автомобилей должны различаться ( разные коды).

Для окончательного решения о целесообразности использования рассматриваемых технических решений должны быть проведены дополнительные исследования и разработан комплекс оборудования, а главное - решены организационные вопросы взаимодействия и ответственности различных служб города.

Предлагаемая система низкоскоростного обмена информацией с активными объектами может быть использована также и для мониторинга окружающей среды или в системе интегральной безопасности граждан (53, 58, 60].

Интерактивная таксофонно-пеЯджинговая система связи с безналичной оплатой переговоров. С учетом увеличения числа деловых людей, которые хотят иметь доступ к направляемой им информации, в условиях нарастания количества абонентов сетей персонального радиовызова, представляется актуальной задача сращивания таксофонных и пейджинговых услуг.

Развитие пейджинговой связи в России сдерживается не только организационно-социальными и 'технико-экономическими причинами, но и несовершенством таксофонного парка в стране.

Когда владелец пейджера получает вызов, находясь в отрыве от абонентского телефона, и имеет единственную возможность ответить по таксофону, 'можно говорить об общедоступной таксофонно-пейджинговой системе связи. Ее особенностью может быть предусмотренная регистрация' номера вызывающего абонента и зарезервированная возможность льготной связи с ним по таксофону с помощью специальной универсальной карты оплаты. Льготный тариф," предоставляемый владельцам пейджеров, оправдан тем, что наличие пейджера дисциплинирует абонентов ( приучает к сжатости информащи) и позволяет разгрузить телефонную сеть от поисковых вызовов при неудачных попытках установить телефонную двустороннюю связь при загородных поездках и т.п.

Хотя обоснованное число таксофонов' должно составлять 2 % от общей емкости телефонной сети, даже в Москве реальное количество таких аппаратов равно 0,85 X, что более чем в 2 раза ниже нормы. С учетом вандализма, наносящего существенный ущерб таксофонному парку, а также различных видов оплаты таксофонных услуг (жетоны, монеты) , возможность использования обычных таксофонов в стране крайне

г

ограничена.

Введение универсальных карт пользователя позволит решить проблему реальной информатизации России, снизив мотивы многопричинного вандализма, и создаст возможность организации общедоступной системы

нового тип, включающей в себя таксофоны нового типа с безналичной оплатой и пейджеры. В такой сети экономические затраты абонентов существенно меньше, чем при использовании сотовых телефонов, и обеспечивается большая защищенность передачи сообщений от перехвата. Снижение оперативности доступа по сравнению с радиотелефоном не только вполне приемлемо, но и повышает реальную комфортность предоставления услуг связи. ; '

КОНЦЕПЦИЯ РЕАЛЬНОЙ ИНФОРМАТИЗАЦИИ РОССИИ Альтернативная информационная сеть общего пользования

Формирование нового менталитета пользователя

Переход к МК

Выравнивание тарифов за услуги связи

Применение универсальных карт для иных расчетов

Модернизация и разработки таксофонов

Городской таксофон с ЫК

Междугородный таксофон с Ж

Радиотаксофон с магнитной картой

Интеграция таксофона и пейджинга

Безналичные расчеты за услуги связи

Карты 130

Иные области применения МК

Художественная полиграфия МК

Картоприемники для таксофонов

Запись, считывание, контроль и защита карт от подделок

Приоритет отечественных разработок и производителей

Сертификация предоставляемых услуг, связи

Защита от вандализма и комфортность

Отказ- от инкассации

Громкоговорящий режим (таксофон без трубки)

Телефонные аппараты для плохоедышащих

Централизованный контроль за таксофонами

Рис. 31. Системные аспекты развития информационных сетей

На основе анализа структуры услуг и возможностей, предоставляемых абонентам при безналичном расчете с помощью различных карт пользователя в предлагаемой комбинированной общедоступной системе связи (рис.31) было показано, что введение предлагаемой системы позволяет:

- предоставлять абонентам обратный канал связи.через таксофон при получении вызова по пейджеру;

- обеспечить разгрузку телефонных линий путем дисциплинирова-

нил абонетов, имеющих пейджеры, и исключения поисковых вызовов;

- обеспечить эффективное использование спектра частот при использовании радиовещательных станций для передачи дополнительной информации - сигналов пейджинга [ 41, 42, 63, 70].

О мощности бытовых усилителей звуковой частоты. Аппаратура для звуковоспроизведения (радиоприемники, радиолы, магнитофоны, электрофоны) имеется в каждом доме. Выходная мощность усилителей звуковой частоты неуклонно растет. Если еще 10 - 15 лет назад мощность усилителей приемников высшего класса не превышала 15 Вт, то сейчас никого не удивляют мощности в 50 - 100 Вт, и уже появляются усилители с мощностями до 300 - 400 Вт в канале.

Обосновано ли такое увеличение выходной мощности бытового усилителя звуковой частоты ? Улучшает ли оно реальное качество звуковоспроизведения ? Мощность усилителя и чувствительность акустической системы звуковоспроизведения определяют уровень звукового давления в помещении прослушивания. Известно, что в бытовых помещениях средний уровень звукового давления (замеренный шумомером с временем интеграции 200 ... 500 мс) не.должен превышать 86 ... 90 дБ. Его увеличение резко снижает качество звуковоспроизведения, поскольку:

во-первых, происходят значительные искажения тембра передачи (он зависит от уровня звуковоспроизведения и подбирается звукорежиссером при обработке сигналов вещания в расчете на средний уровень звукового давления 80 ... 86 дБ),

во-вторых, квазимаксимальные уровни сигнала доходят и даже превосходят уровни болевого порога.

Средний уровень звукового давления, развиваемого большинством стационарных устройств, одинаков независимо от их класса. Увеличение установочной мощности усилителей и акустических агрегатов устройств высшего класса позволяет уменьшить нелинейные искажения на всех уровнях звукового давления, включая квазимаксимальные. Из проведенных исследований известно, что средняя мощность сигнала составляет 0,02 ... 0,07 от мощности максимальных сигналов (это данные для сигналов звукового вещания, обработанных звукорежиссерами).

Для сигналов, предназначенных специально для записи на грампластинки, средняя мощность может быть несколько меньше.

Таким образом, усилитель с установочной мощностью 100 Вт должен отдавать в нагрузку среднюю мощность от 2 до 7 Вт.

Для сохранения высокого реального качества звуковоспроизведения необходимо строить все элементы звуковоспроизводящего комплекса так, чтобы нелинейные искажения даже на максимальных уровнях сигнала не превышали определенной величины (доли процента) и среднее

огуковсх.' давление не превышало 86 ... 90 дБ.

Используя системы высокого класса, "квалифицированный" радиослушатель выполняет эти условия при установке громкости передачи. Слушателю, ещё не обладающему необходимыми музыкальными навыками и чисто человеческой предупредительностью по отношению к соседям, необходимо помочь, т.е. необходимо так строить аппаратуру, чтобы даже при неумелом пользовании регулятором громкости средняя громкость не' превышала оговоренной величины.

Пути достижения цели различны:

от простейшего - уменьшение излишнего запаса по усилению в предварительных усилителях,

до более сложного - оснащения усилителей автоматическими регуляторами уровня сигнала, ограничивающими максимальную среднюю громкость сигнала и устраняющими возможность появления нелинейных искажений на его квазимаксимальных уровнях.

Внедрение таких авторегуляторов поможет правильно использовать тонкомпенсацию в регуляторах громкости. Схемные усложнения ограничиваются добавлением полевого транзистора, диодов и нескольких резисторов и конденсаторов в каждый канал усилителя [ 34, 56 3.

Вопросы нормирования показателей качества каналов ЗВ. Действующие в подотрасли звукового вещания стандарты и нормы регламентируют определенное качество звучания у абонента. Между тем ГОСТы составлены таким образом, • что обеспечить нормируемые параметры' в массовых системах обслуживания зачастую невозможно. Кроме того, часть параметров вообще не пронормирована, что не позволяет ГОСТ в полной мере оправдать свое назначение. Рассмотрим причины такого положения и некоторые возможные пути их устранения.

Информационно-художественное воздействие звуковой информации и ее восприятие слушателями в немалой степени определяются качеством звучания. Под качеством звучания в самом общем виде подразумевается степень соответствия звучания у слушателей звучанию, необходимому в данных условиях прослушивания и наиболее полно передающему первичную звуковую картину. Из этого определения следует, что качество звучания обусловлено самим сигналом (его первичной обработкой), ка-■ чеством тракта звукопередачи, включая абонентские устройства, и акустическими условиями прослушивания. Первичная обработка сигнала, при которой формируется его спектр, распределения уровней мощностей, усредненных за различные временные отрезки, производятся с учетом характеристик каналов передачи программ слушателям и в первую очередь определяет качество звучания у слушателя. Между тем стандартов на параметры сигналов звукового вещания (ЗВ) нет. Первым

и единственным шагом в разработке таких стандартов было создание при участии¡соискателя ГОСТ 22260-76, ограничивающего значения максимальных -уровней (мгновенных, квазипиковых) сигнала и его мощностей, усредненных за 1 с и 1 мин, допустимых при передаче по МКЗВ.

Разработка стандарта на первичный сигнал необходима и достаточно реальна, , хотя и потребует глубокого изучения психофизиологических аспектов восприятия звука человеком и значительных по объему статистических исследований сигнала. Кроме того, потребуется перестройка мышления многих специалистов в области ЗВ, опасающихся, что стандартизация параметров сигнала ограничит творческую деятельность некоторых работников, в первую очередь - звукорежиссеров.

Особенно важна разработка таких стандартов в связи с широким внедрением цифровых методов обработки сигнала в головном тракте. Известно противоречие между "всемогуществом" цифровой обработки и скудностью знаний её задач и, следовательно, алгоритмов обработки сигнала. Компромисс при технически построение цифровой аппаратуры определяется её объемом, степенью интеграции элементной базы и в конечном счете - стоимостью оборудования, которая постоянно уменьшается. Поэтому основные научные силы в области ЗВ необходимо направить на решение этой уже сейчас насущной проблемы.

Известно, что акустические условия прослушивания передачи у различных слушателей могут резко отличаться, например, прослушивание с помощью переносного приемника на природе, в автомобиле или в комнате. Но поскольку передачи в основном ориентированы на определенный круг слушателей, при первичной обработке сигнала можно учитывать наиболее вероятные условия, прослушивания.

В настоящее время технические характеристики и показатели качества трактов нормируются ГОСТ 11515-75, абонентских устройств проводного вещания - ГОСТ 5961-76 и ГОСТ 18286-82, бытовых радиовещательных приемников - ГОСТ 5651-82, универсальных усилительно-коммутационных устройств ГОСТ 24388-80, электрофонов - ГОСТ 11157-80 и магнитофонов - ГОСТ 23863-81. Во всех ГОСТ заложен единый принцип нормирования качества по электроакустическим показателям, которые подразделяются на показатели, определяющие.:

* точность передачи спектра сигнала (эффективно передаваемая полоса частот, неравномерность АЧХ тракта, детонация и сдвиг

■ спектра, где они присущи);

* точность передачи, динамики сигнала (шумы и помехи);

. * точность передачи значений сигнала (нелинейность тракта).

■ Такой принцип нормирования принят и за рубежом. Ранее предполагалось (ГОСТ 23262-83) разделить каналы по качеству звукопередачи

1.а классы с соответствующими этим классам пороговыми значениями перечисленных показателей, переход через которые приводит к заметнос-ти искажений сигнала. Эти пороговые значения определялись при субъективно-статистических экспертизах. Современное нормирование в значительной степени отступает от этого принципа, опираясь на показатели 1сачества, достижимые в существующих трактах и выпускаемой бы-тоеой аппаратуре. Тем не менее классы качества каналов и категории сложности бытовой аппаратуры обуславливают цену аппаратуры и стоимость аренды каналов связи.

Такой подход, на наш взгляд, ошибочен, поскольку электроакустические показатели трактов и аппаратуры следует рассматривать в комплексе с их функциональным назначением и совсем не обязательно стремиться искусственно "повышать" класс качества некоторых трактов и аппаратуры, ужесточая какие-либо из перечисленных показателей.1 В результате можно получить обратный эффект - качество звучания в целом может снизиться.

Таким образом, показатели качества трактов и аппаратуры надо нормировать, исходя из конкретного их назначения и места в общем комплексе систем звукового вещания.

Согласно существующим принципам нормирования необходимо обеспечивать более высокое качество трактов по сравнению с абонентскими устройствами (АУ). Это нерационально, ибо требует завышенных материальных и трудовых затрат. Целесообразнее строить тракты так, чтобы возможность повышения качества звучания у абонента была заложена в трактах потенциально, т.е. улучшение показателей сквозного тракта до выхода устройства прослушивания должно достигаться только усложнением АУ. Например, абонентские устройства ТПВ повышенного класса можно выполнять на базе синхронных детекторов и индивидуальных корректоров АЧХ, при сохранении существующих показателей качества трактов ТПВ. Следовательно, достижение более высокого качества звучания будет оплачиваться самим абонентом. _ ,

Существенный недостаток действующего принципа нормирования - необходимость изменять значения нормируемых искажений в зависимости от изменений технической базы - (новая элементная база - новые принципы построения трактов) и первичной обработки сигналов. Причина этого - в изменении восприятия искажений сигнала, анализ и нормирование которых производятся по частным, ограниченным параметрам. Для получения более полного соответствия восприятия искажений их нормируемым значениям следует либо увеличивать число таких параметров либо, что более правильно, перейти к другим, интегральным параметрам. Действующие нормируемые показатели основаны на принятых

математических законах представления сигнала, анализирующих его по различным параметрам, а механизм слуха по своей природе направлен не на анализ сигнала, а на синтез единого звукового образа. Из этого несоответствия следует неизбежность изменения подходоь к нормированию - разработки обобщенных показателей качества.

Априори ясно, что показатели качества должны носить вероятностный характер, учитывающий статистические законы распределения сигнала, изменения восприятия искажений различных по уровню и спектру составляющих сигнала и распределения длительностей искажений. Измерительные сигналы при этом должны быть подобны сигналам звукового вещания, а не статичными, как это принято. Еще лучше, если в качестве измерительного сигнала будет сам сигнал передаваемой информации. При.атом исчезнут трудности контроля на соответствие трактов нормам, из-за которых практически невозможно осуществить достаточно полный контроль сквозных трактов. Одновременно создается предпосылка для обоснованного нормативами непрерывного контроля качества работы сквозных трактов.

Звуковое вещание - массовая система передачи звуковой информации, она охватывает всю страну, абоненты этой системы находятся в различных (с точки зрения построения и протяженности каналов передачи сигналов ЗВ) условиях, при этом возможны временные ухудшения качества каналов, аварии.

Мелщу тем в существующих ГОСТ отсутствует статистиковероят-ностныЯ подход к нормированию необходимого качества как по выборке абонентов, так и отклонения качественных показателей по времени у каждого из них. Без такого подхода любое нормирование оторвано от жизни, поскольку его показатели невозможно выдержать, а следовательно, и не обязательно к этому стремиться. Недаром в существующих ГОСТ на измерения оговаривается первоначальная подстройка канала, если это необходимо.

Изложенные вопросы не исчерпывают всех сторон стандартизации показателей качества каналов ЗВ, однако решение этих вопросов необходимо и требует комплексного подхода и значительных усилий научных и производственных коллективов [ 39, 54, 59, 62].

Сертификация услуг звукового вещания. Во многих странах независимо от форм собственности имеются рынки услуг связи и вещания. Обязанности и права конкурирующих между собой поставщиков различных услуг связи (операторов, хозяйствующих субъектов) и пользователей (населения) четко фиксируются в единых правилах сертификации и контролируются государством,(сертификаторами). Предпосылки внедрение сертификации услуг связи и вещания в нашей стране:

* путь сохранения целостности отрасли "Связь" в условиях расслоения научно-технического потенциала;

* организация и контроль за соответствием протоколов доступа и качества информационного обмена Международным рекомендациям;

* защита интересов Потребителей (населения) и т.д. [59, 61].

Сохранение целостности отрасли "Связь"

Целевые функции сертификации

Обеспечение качества услуг связи и вещания

Увеличение списка услуг связи и вещания

Защита прав потребителей

Соблюдение ГОСТов и Международных Рекомендаций

Сертификация услуг художественного и информационного вещания —

и * ■

Сертификация сетей и средств 3В Сертификация качества обслуживания вещатеы Пользователей П Р о в о д н О е в е ■ Щ а н и е

Оборудование: Соблюдение показателей качества звукового вещания

* групповое, * абонентское, * линейно-кабельные сооружения Р На этапах: а д Соблюдение технических норм на сигналы вещания

Обеспечение соответствия содержания программ ЗВ во времени и по территории

* проектирования, и * строительства, о * модернизации в е В экстремальных щ условиях: а Дополнительные виды услуг

Соблюдения зоны Установка, обслуживания снятие АУ во времени

- я * для населения, и * для оборудования е • Прием заявок и Организация . «устранение общения неисправностей Пользователей: - Текущие расчеты * с Формирова- и решение телем программ, спорных * со связистами вопросов

Инструментальный конт- -»- Социологический анализ качества роль сетей и средств ЗВ. — и номенклатуры услуг ЗВ -

Рис.32. Проблематика сертификации услуг звукового вещания

О С И О I! Н и Е РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Обоснована системная концепция развития звукового вещания и массового оповещения (ЗВиМО) в Российской Федерации как фрагмента общей системы связи страны [совокупность автономных региональных сетей ЗВиМО при сохранении ограниченной централизованной системы распределения программ вещания] на основе:

- обоснованных требований к электронным системам массовой информации и оповещения;

- обобщенных субъективно-статистических оценок влияния помех и искажений передаваемых сигналов;

- интеграции систем ЗВ и оповещения с телефонией и кабельным телевидением (КТВ);

- сращивания проводных сетей ЗВ с радиовещанием;

- использования в радиовещании сотового принципа передачи радиосигналов ЗВ на стационарные и подвижные объекты.

2. Обобщена проблематика каналов с изменяющимися параметрами на случай зависимости их свойств от передаваемых сигналов. Показано, что далеко не всегда изменение параметров улучшает качество передачи. Разработаны рекомендации и предложены устройства для стабилизации качества каналов.

3. Проведено прогнозирование развития проводного вещания с экономических и организационных позиций: Системы ПВ экономически оправданы в больших городах, т.е.- при большой плотности абонентской нагрузки. Подача вещания по проводам обеспечивает стабильность качества и повышение помехоустойчивости по сравнению с радиовещанием. Интеграция информационного обслуживания населения (сращивание телефонии, МПВ и оповещения) обосновала предложениями по:

* увеличению числа каналов проводного вещания до 6;

* использованию существующей сети ПВ для сбора информации;

а построению интегральной информационной сети города,

а также научно-техническими разработками:

* комбинированной системы 6-канального ЗВ и оповещения по телефонным сетям ;

* вариантов ввода сигналов оповещения в телефонные каналы.

- е,з -

4. Предложена аьтостабилнзаииД уровня анналов информационное о вешания на основе комплексных исследований нестационарности сигналов ЗВ и гаметнести иекглеиий и помех в МКЗВ для приведения загрузки МС'П с ЧРК сигнмши :ш до уровня загрузки каналов ГЧ.

5. Сформулирован системный подход к первичной обработке сигналов ЗВ и оповещения с учетом как интегрального восприятия слушателями , так и параметров гтналов и трактов передачи до слушателя, включая оконечную аппаратуру.

6. Заложены основы метрологического обеспечения и систем контроля:

* за параметрами сигналов ЗВ путем:

обоснованного выбора контролируемых параметров сигналов с учетом особенностей обработки сигналов; стандартизации параметров сигналов на входе трактов распределения.

* за состоянием каналов и трактов передачи ЗВ с целью стабилизации (поддержания) качества передачи по выбранному критерию путем варьирования частотно-энергетического ресурса системы в целом.

7. Обобщены частные виды сертификации устройств, систем, процессов на сертификацию услуг вешлшя и связи для абонентов различных категорий.

3. Предложены системные принципы формирования альтернативной информационной сети связи общего пользования на основе сращивания пейджингових услуг вызова и развития сети вандалозащищенных таксофонов с безналичной оплатой услуг связи.

9. Результаты исследований и разработок устройств по улучшению характеристик ¡каналов ЗВ защищены авторскими свидетельствами СССР и патентом России.

Список научных публикацию соискателя

Диссертация, книги, учебные пособия

1. Исследование параметров сигналов в трактах звукового вещания: Кандидатская диссертация. - Специальность 291 (Радиосвязь, радиовещание, телевидение) -М.: МЭИС, 1969.- 223 с.

2. Система междугородной подачи программ радиовещания: Учебное по-■ СОбие.-М.: ВЗЭИ0, 1977,- 36 с.

3. Обработка сигналов звукового вещания: Методическая разработка.-М.: МЭИС. 1981. - 33 с.

4. Радиовещание: Сборник.- М.: Минсвязь.- 1984. - 46 с.

5. Техника проводного вещания и звукоусиления.- М.: Радио и связь, 1985.-288 с. / Соавт: Б.К. Барановский, В.Б. Булгак, В.И. Верба, А.П. Ефимов и др.

6. Справочник по звуковому вещанию/ Под ред. Ю.А.Ковалгина.- М.: Радио и связь, 1993.- 464 с. / Соавт: A.B. Выходец, П.М. Жмурин, И.Ф. Зорин и др.

7. Системы звукового вещания и оповещения: Учебное пособие.- М.: МТУСИ, 1995.-77 е.- Соавт: A.M. Копылов, А.П. Ефимов.

Нормативные материалы

8. ГОСТ 22260-76. Сигналы.передач внутрисоюзного и внешнего вещания, подаваемые в междугородные каналы звукового вещания. Основные параметры. Методы контроля.-М. : Изд-во Стандартов, 1977.-6с.

9. ГОСТ 11515-75. Каналы и тракты звукового вещания. Классы. Основные ^параметры качества.- М.: Изд-во Стандартов, 1976.- 24 с.

10. ГОСТ 22504-83.Тракты звукового вещания. Методы измерений основных параметров качества трактов вторичного распределения программ." М.: Изд-во Стандартов, 1984 .- 24 с.

11. ГОСТ 21655-87. Каналы и тракты магистральной первичной сети ЕАСС. Электрические параметры. Методы измерений. - М.: Изд-во Стандартов, 1987 .

12. ГОСТ 11515-91.Каналы и тракты звукового вешдния. Основные параметры качества. Методы измерений.- М.: Комитет стандартизации и метрологии СССР, 1991.- 42 с.

13. ГОСТ Р - 50757-95. Сигналы передач звукового вещания государственных и независимых телерадиокомпаний, передаваемые на вход

трактов первичного распределения. Основные параметры. Методы измерений,- М.: Комитет стандартизации и метрологии СССР.

14. Концепция развития в России сетей персонального радиовызова общего пользования // Вестник связи, 1994, N 12, с. 22-23. Доклад на Коллегии Минсвязи России,- апрель 1994,- См. также С64].

15. Рекомендация МККТТ J - 31.- Синяя книга.- Характеристики оборудования и линий, используемых для организации каналов звукового вещания.

16. Федеральная комплексна! программа создания технических средств связи, телевидения и радиовещания.- М.: Минсвязи России и др., 1995,- См. также [27].

Изобретения

17. A.c. 176949 от 26.09.65. Способ компенсации амплитудных искажений/ Соавт: В. А. Ваценко, Е.В. Розанов, Ю.К.В. Розенкранц.

18. A.c. 183807 от 28.04.66. Способ компенсации временных искажений / Соавт: В.А. Ваценко, Е.В. Розанов, Ю.-К.В. Розенкранц.

19. A.c. 930711 от 21.01.82. Устройство для передачи и приема программ звукового вещания / Соавт: О.Н. Бессуднов, A.M. Гришин, К.К. Квашнин, Э.Б. Кузнецов, И.М. Минаева, В.А. Нюренберг.

20. A.c. 1064295 от 01.09.83. Устройство для понижения шумов при воспроизведении монофонической грамзаписи / Соавт: М.Л.Фролова.

21. Патент России 2040859 от 25.07.95. Система стереофонического вещания / Соавт: Г.Е. Лившиц, И.В. Мягков, Б.Н. Филатов.

Статьи в непериодических изданиях

22. Компенсация временных искажений при магнитной записи в системе факсимильной передачи газет// Сборник " Отчет молодых специалистов ЦНШС".- М.: ЦНИИС, 1964, С. 45 -50 /Соавт: Е.В.Розанов, Ю.-К.В. Розенкранц.

23. Исследование энергетических спектров вещательных сигналов / Труды Московского электротехнического института связи (МЭИС).-М.: 1969.- вып.2, с.233 - 237.

24. Методика исследования вещательных передач большой длительности// Там же, с. 237 - 240.- Соавт: B.C. Савватеев.

25. Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1978. - том 30: Электропроигрыватель - с. 102; Электрофон - с. 120 - 121. . .

26. Краткая энциклопедия домашнего хозяйства.'- Издания 1-3.-

M. ¡Советски энциклопедия,1985 - 90, Издание 4.- M. : Большая Российская энциклопедия, 1993, Акустическая система - с.10 -11; Граммофонная игла - с. 28 - 29; Граммофонная пластинка - с.29; Громкоговоритель - с. 29; Звукосниматель - с. 35; Магнитная лента - с.57; Магнитола - с. 59; Магниторадиола - с.59 - 60; МагнитофилъМ - с.60; Радиола - с.93; Тонарм - с. 125; Электроп-роигрывашее устройство - с. 135; Электрофон - с. 136.

27. Техника звукового вещания // В сборнике "100 лет радио".-М. : Радио и связь, 1995.- с. 121 - 135 .

Статьи в журналах

28. Авторегулятор уровня с динамическим регулированием частотных характеристик // Труды учебных институтов связи, 1968, вып.42, с. 216 -218.

29. Методы исследования отдельных параметров вещательного сигнала.-Статья депонирована в ЦНИИС, 1965 .-Соавт: В.П. Стрижаков.

30. Исследование помех в каналах вещания многоканальных систем связи // Электросвязь, 1973, N 1, с.52 - 55.- Соавт. А.Я. Вольский.

31. Обработка вещательного сигнала в многоканальных системах связи// Электросвязь, 1974, N 10, с. 61-62.

32. Частотные предыскажения в каналах передачи вещательных программ // Электросвязь, 1975, N 2, с.25 -27 /Соавт. В.А. Нюренберг.

33. Стабильность коэффициента передачи междугородных каналов вещания //Электросвязь, 1976, N 1, с. 54-55.- Соавт. Э.Б. Кузнецов.

34. О мощности бытовых усилителей звуковой частоты // Радиотехника, 1976, т. 31, N 8, с.78.

35. Заметность помех в междугородных каналах звукового вещания с компандерными системами // Электросвязь, 1977, N 8, с.15-16.

36. Юбилей радиофикаторов столицы (к 50-летию ЫГРС) // Электросвязь, 1984, N 3,0.61-64.

37. Домашнее радио // Телевидение и радиовещание, 1984, N 1.

38. Опытный район многопрограммного проводного вещания по телефонной сети // Вестник связи, 1986, N 1, с. 32 - 34. Соавт: И.Ф. Зорин, В.П. Поляковский, Ю.А. Возлинский.

39. О нормировании показателей качества каналов звукового вещания// Электросвязь,-. 1987, N 7, с. 10 -12.

40. Дополнительные каналы на сетях ПВ / Вестник связи, 1995, N 10, с. 26 - 27 / Соавт: И.Ф. Зорин, Г.Е. Лившиц.

41. Сращивание телефонно-таксофонных услуг с пейджингом и радиотелефоном / Обработка сигналов звукового вещания и магнитной записи // Моск.техн.ун-т связи и информатики.- М., ЦНТИ "Информ-сеязь", 1995,- 10 е.- Соавт.Е.П. Зелевич.

42. Особенности применения магнитных карт в таксофонной системе связи / Обоаботка сигналов звукового вещания и магнитной записи // Моск.техн. ун-т связи и информатики.-М., ЦНТИ "Информсвязь", 1995.-8 е.- Соавт.Е.П. Зелевич.

43. Перспективы внедрения системы цифрового звукового радиовещания в Российской Федерации / Обработка сигналов звукового вещания и магнитной записи / МТУСИ.-М., ЦНТИ "Информсвязь", 1995.- 14 с.-Соавт. А.Н. Исаев, Е.П. Зелевич, М.С. Петров.

44. Перспективы внедрения системы цифрового звукового радиовещания в Российской Федерации // Научно-технический сборник "Техника средств связи" , 1996, вып. 1,- 8 с. - Соавт. А.Н. Исаев,

Е.П. Зелевич.

45. Тенденции развития массового оповещения населения // Научно* технический сборник "Техника средств связи" , 1996,- вып. 1.

Выступления на НТК

46. Исследование параметров вещательного сигнала// 24-я Всесоюзная научная сессия, посвященная Дню Радио. Дню связиста и 50-летию Нижегородской лаборатории.- М.: 1968. Тезисы докладов, с. 35.-/Соавт. В. А. Нюренберг.

47. О динамическом регулировании частотных характеристик авторегулятора уровней / Там же , с.37.

48. Методы исследования отдельных параметров вещательного сигнала: Доклад на конференции, посвященной 50-летию Центрального НИИ связи.- М.: ЦНИИС, 1968, 16 е.- Соавт. В.П. Стрижаков.

49. Итоги исследований помех в вещательных каналах дальней связи и их заметности при передаче сигналов информационного вещания// Всесоюзная научная сессия НТОРЭС им. A.C. Попова, 1972.

50. О .влиянии предыскажений частотных характеристик на заметность искажений некоторых трактов радиовещания : Доклад на конференции ВНТОРЭС им. А.С.Попова, 1974,- Соавт. М.В. Цыганков.

51. О некоторых искажениях, вносимых каналами междугородной подачи программ радиовещания и звукового сопровождения телевидения / Доклад на конференции ВНТОРЭС им. A.C. Попова, 1974. - Соавт: А.М. Гришин, М.В. Цыганков.

52. Об опытной эксплуатации устройств контроля сигналов звукового вещания в г. Москве // НТК ППС МЭЙС, 1982.

53. Современная техника проводного вещания ( состояние и перспектива) // НТК ППС МИС, 1992.

54. О качестве компактного представления сигнала звукового вещания // 2-я Межрегиональная конференция " Обработка сигналов в системах двусторонней телефонной связи".- Москва - Пушкино, 1993.-Ссавт. А. А. Есеркегенов.

55. Система передачи дополнительной информации по сети проводного вещания// МФИ-93.- Конференция " Телекоммуникационные и вычислительные системы связи".- М.: 1993.- Тезисы, с. 13,- Соавт.: В.И. Верба, А.Я. Вольский, А.Д. Моисеев.

56. Автоматическое регулирование уровня радиовещательных сигналов по критерию " комфортного" уровня громкости // Там же, с. 31-32.- Соавт: Ю.В. Волкова, О.Б. Попов, С.Г. Рихтер.

57. Зависимость параметров качества каналов систем связи от параметров передаваемых сигналов // НТК ППС-ИТС МТУСИ, 1994,с.41 -42.

58. Проблемы развития проводного вещания // 2-я Межрегиональная конференция "Обработка сигналов в системах двусторонней телефонной связи".- Москва-Пушкино, МНТОРЭС им.А.С. Попова.-Тезисы докладов, с.55 -57.

59. Вопросы сертификации услуг звукового вещания у/Там же, с.60 -64.

- Соавт.: М.Д. Венедиктов, Н.В. Рогацкая.

60. Проблемы и перспективы развития проводного звукового вещания// МФИ-94.- Конференция " Телекоммуникационные и вычислительные системы связи".- Секция " Системы массовой информации". — М.: 1994,- Тезисы, с. 45 - 47,- Соавт.: A.M. Копылов.

61. Сертификация услуг, устройств и сетей звукового вещания //Там же, с. 50 - 51,- Соавт.: М.Д. Венедиктов, Н.В. Рогацкая.

62. Техника проводного вещания// Научно-техническая конференция ППС и ИТС МТУСИ.- М.: 1995.- Тезисы докладов, с. 96 - 97.

63. Концепция развития в России сетей персонального радиовызоьа общего пользования// 4-ая Межрегиональная Конференция "Обработка сигналов в системах двусторонней телефонной связи",- М.:МНТОРЭС -им. А.С. Попова, 1995.- Тезисы докладов, с.43 - 44.

64. Пейджинг с большой зоной обслуживания // Там же, с. 48 - 49. -Соавт. Е.П. Зелевич.

65. Формирование общедоступной таксофонно-пейджерной системы связи с безналичной системой оплаты // МФИ-95. Конференция "Телекоммуникационные и вычислительные системы",- М.: Международная Академия информатизации, 1995.- Тезисы, с. 57 - 58.- Соавт. Е.П. Зелевич.

66. Сравнение европейской и американской систем цифрового радиовещания // Там же, с. 54 - 56.- Соавт.: А.Н. Исаев, Е.П. Зелевич.

67. Тенденция развития массового оповещения населения // Там же.

- с. 59 - 60.- Соавт. A.M. Копылов.

68. Системно-социальные аспекты использования пейджинга в российских условиях / НТК ППС научных и инженерно-технических сотрудников МТУСИ: Тезисы докладов, с.112.- М.: МТУСИ, 1996. Соавт. Е.П. Зелевич.

69. О системном подходе к реабилитации плохослышалдох / Там же, с. 112 - ИЗ.- Соавт.: М.Д. Венедиктов, Е.П. Зелевич.

70. Об одной возможности создания общедоступной системы связи / Там же, с. 113 - 114.- Соавт. Е.П. Зелевич.

71. Использование систем звукового вещания для массового оповещения населения / Там же, с. 114 - 115.- Соавт. A.M. Копылов.

72. Громкостное регулирование вещательного сигнала / Там же, с.117.

- Соавт.: М.А. Михайлов, В.В. Никулина.

73. Социально-направленная услуга связи // 5-ая Межрегиональная Конференция "Обработка сигналов в системах двусторонней телефонной связи".- М.:МНТОРЭС им. A.C. Попова.- Москва - Новосибирск: 1995.- Тезисы докладов, с.25 - 26.- Соавт. Е.П. Зелевич.

74. Проблемы и возможности массового оповещения населения// Там же.- с. 16 - 17.- Ссавт. A.M. Копылов.

75. Вопросы реализации комбинированной системы, радиовещания / 2-я Международная конференция "Спутниковая связь".-М.: 1996.-Соавт. Е.П. Зелевич, В.В. Павлюк.

Отчеты по НИР

76. Построение систем оперативного технического контроля в радиовещании / Тема 162 НИО МЭИС, 1965,- Тома 1 -3.

77. Эксплуатационная проверка обегающего автоконтрольного устройства / Тема 163 НИО МЭИС, 1965.

78. Комплексное исследование сигналов передачи в каналах радиовещания / Тема 164 НИО МЭИС: 1966 - тома 1 и 2 ; 1967- том 3.

!Ъ5~

79. Исследование вещательных сигналов для определения загрузки междугородных трактов и каналов передачи вещательных программ / Тема 165 НИО МЭИС: 1957 - тома 1 - 3; 1968 - тома 4-5.

80. Исследование и разработка мероприятий по повышению эффективности звучания радиовещательных передач информационного назначения/ Тема 166 НИО ЮИС, 1968.

81. Исследование функций распределения пятимиллисекудных мощностей - Тема 167 НИО МЭИС, 1969.

82. Дополнительное исследование вещательных сигналов и методов их эксплуатационного контроля - М.: МЭИС, 1971.- Лаборатория радиовещания и электроакустики / Руководитель В. А. Нюренберг.-94 с.

83. Разработка проекта норм на дополнительные показатели каналов вещания и звукового сопровождения телевидения в системах дальней связи. Этап " Исследование динамики изменения остаточного затухания канала вещания" . - М.: МЭИС, 1973.- Руководитель В.А. Нюренберг. - 48 с.

84. Исследование некоторых вопросов снижения загрузки и повышения качества МКЗВ. - М.: МЭИС НИС. - Руководитель В.А. Нюренберг.-1977, 41с.; 1979, 33с.; 1980, 42с.; 1981, 84с.

Подписано в печать 22.03.96. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Объем 4,0 усл.п.л. Тираж 110 экз. Заказ 135. Бесплатно.

ООП МП "Информсвязьиздат". Москва, ул. Авиамоторная, 8.