Глава первая. Общие вопросы высококачественного звуковоспроизведения

1. Анализ канала радиовещания и его составных частей (трактов, звеньев)

Прежде чем приступить к анализу тракта звуковоспроизведения, полезно вспомнить, что подразумевается под понятием "тракт", и как этот термин соотносится с термином "канал". В ГОСТ 11515-65 "Тракты радиовещательные. Классы. Основные качественные показатели" под термином канал радиовещания понимается весь комплекс аппаратуры и сред, участвующих в передаче информации от микрофона в студии до громкоговорителя. Любая часть канала радиовещания, выполняющая определенные функции, называется трактом радиовещания. В свою очередь отдельные части радиовещательных трактов называют звеньями.

Среда (окружающее пространство) играет очень важную роль в передаче информации, пожалуй, не меньшую, чем собственно радиовещательная аппаратура, поэтому влияние среды непременно должно учитываться при проектировании того или иного канала или аппаратуры вещания.

Рассмотрим упрощенную блок-схему радиовещательного канала (рис. 1). Здесь номером 1 обозначена среда между исполнителем (источник информации) и микрофоном 2, являющимся преобразователем акустического (звукового) сигнала в электрический сигнал.

Рис. 1. Блок-схема радиовещательного канала. 1 - акустическая среда 'А'; 2 - микрофон; 3 - микрофонный усилитель; 4 - регулирующие устройства, промежуточный и линейный усилитель: 5 - модулятор; 6 - радиопередатчик; 7 - передающая антенна; 8 - среда, в которой распространяются радиоволны; 9 - радиоприемник; 10 - УНЧ; 11 - электроакустический преобразователь; 12 - акустическая среда 'Б'

Если бы вместо окружающей среды 1 был вакуум, передача акустической информации от ее источника к звену 2 оказалась невозможной, так как звук в вакууме не распространяется. Уже одно это соображение показывает, сколь велико влияние среды на передачу информации. Среда участка 1 может представлять собой не только воздух. Например, в гидроакустике в качестве среды передачи рассматривается жидкость.

В зависимости от характера информации и поставленных задач те или иные свойства среды могут играть решающую роль или быть несущественными. Например, воздух во время телевизионной передачи может оказаться малопрозрачным из-за тумана, наличия дыма или окрашенных газов, и это никак не отразится на качестве передачи звука, тогда как передача изображения будет невозможна. Наоборот, непригодность воздушной среды для передачи звуковой части телевизионной программы ввиду сильного шума никак не отразится на передаче изображения.

В рассматриваемой нами блок-схеме среда, в которой распространяется вещательный сигнал, встречается еще дважды: в виде пространства, через которое осуществляется передача радиоволн 8, и в виде воздуха помещения 12, в котором находятся оконечный преобразователь канала радиовещания - громкоговорители и слушатель.

В настоящей книге речь идет не о всем радиовещательном канале, а лишь об одном из его участков, а именно - низкочастотном приемном тракте. Иначе говоря, мы не будем рассматривать оборудование радиовещательных студий и радиочастотную часть канала. Поэтому в дальнейшем, употребляя термин "низкочастотный тракт" (или для краткости, просто "тракт"), мы будем подразумевать путь низкочастотного (звукового) сигнала от носителя или источника сигнала (граммофонной пластинки, магнитной фонограммы, детектора приемника, линии проводного вещания) через усилители низкой частоты и среды, служащие переносчиком сигнала, к слушателям.

В соответствии с принятым ограничением приведем для примера блок-схему тракта воспроизведения грамзаписи (рис. 2). Количество звеньев тракта не является постоянным и может меняться в зависимости от назначения, класса качества и типа усилительной аппаратуры. Так, например, усилитель может содержать один или несколько каскадов самого разнообразного назначения: каскады усиления напряжения и мощности, фазоинверторы, катодные повторители, смесительные (микшерные) каскады, блоки регулировки уровня и тембра.

Рис. 2. Блок-схема тракта воспроизведения грамзаписи. 1 - источник (носитель) сигнала; 2 - звукосниматель (датчик-преобразователь); 3 - согласующее и корректирующее звено; 4 - блок регулировок; 5 - усилитель напряжения; 6 - усилитель мощности; 7 - соединительные линии с разделительными фильтрами; 8 - громкоговоритель (электроакустический преобразователь); 9 - среда 'Б'

Если источников сигнала несколько, то между ними и входным каскадом усилителя включают дополнительное звено - коммутатор (переключатель). Блок регулировок может состоять всего лишь из одного регулятора уровня, а может иметь и несколько плавных и ступенчатых регуляторов уровня и регуляторов тембра, переключаемые фильтры и другие устройства.

Наряду с этим нетрудно выделить и такие звенья, наличие которых совершенно необходимо в любом тракте звуковоспроизведения, независимо от его типа, назначения, схемы.

В первую очередь к ним относится источник сигнала. Под источником сигнала в случае воспроизведения грамзаписи следует подразумевать грампластинку, а не звукосниматель, как ошибочно полагают многие радиолюбители. При магнитной записи источником сигнала служит магнитная фонограмма, при воспроизведении радиопередач - выход детектора приемника. В случае усиления программы, поступающей по городской трансляционной сети, источником сигнала следует считать выход линии проводного вещания, т. е. практически - штепсельную розетку, в которую включен абонентский громкоговоритель. У адаптеризованных музыкальных инструментов источником сигнала является сам инструмент (а не адаптер!). Наконец, у электромузыкальных инструментов источником сигнала правильнее считать выход блока формирования сигнала до оконечного усилителя, хотя при этом регуляторы, обычно входящие в усилительный тракт (например, регуляторы тембровой окраски, переключатели регистров и т. п.), окажутся, внутри самого источника сигналов.

Что касается среды между источником сигнала и преобразователем сигнала, то на первый взгляд может показаться, что в случае воспроизведения магнитной фонограммы или грамзаписи никакой связующей среды нет. Однако это мнение ошибочно. Достаточно вспомнить о магнитном поле, воздействующем на воспроизводящую головку магнитофона, о результатах неравномерного или неплотного прилегания магнитной ленты к зазору головки, об акустической обратной связи в радиолах, о "шуме мотора" в электрофоне и ряде других подобных явлений, при которых мешающее воздействие на датчик-преобразователь осуществляется именно через окружающую среду.

Очевидно также, что если мы договорились рассматривать среду между источником сигнала и датчиком-преобразователем как звено тракта передачи информации, то к этой среде (назовем ее условно средой "А") должны быть отнесены и провода от штепсельной розетки линии проводного вещания или от выхода детектора приемника до входа усилителя низкой частоты или коммутатора.

Заметим, однако, что шланг от микрофона до входа усилителя уже не будет относиться к среде "А", так как он начинается после датчика-преобразователя.

Итак, источник сигнала и окружающая его среда являются обязательными звеньями любого тракта. Далее следуют усилительные устройства. Обязательным звеном тракта является устройство для обратного преобразования сигнала из электрической формы в акустическую (звуковую), В рассматриваемом нами низкочастотном тракте такими преобразователями являются одиночные громкоговорители, громкоговорящие агрегаты и головные телефоны.

Наконец, между громкоговорителями и слушателем присутствует акустическая среда (назовем ее условно средой "Б"), причем свойства этой среды также влияют на конечный результат звукоусиления - качество звучания.

Если бы здесь шла речь о простейших звуковоспроизводящих трактах, то их блок-схемы могли бы быть ограничены перечисленными обязательными звеньями. Однако мы рассматриваем системы высококачественного звуковоспроизведения, задача которых - возможно более верно, с высокой степенью точности донести звуковую информацию от источников сигнала до слушателя.

Поскольку мы не можем полностью устранить влияние факторов, искажающих частотную характеристику звукового канала, приходится вводить дополнительное звено, задачей которого является исправление, коррекция частотных искажений сигнала, возникающих по различным причинам внутри самого тракта. Корректирующее звено является очень важной частью тракта. Иногда оно бывает наиболее сложным звеном тракта, потому что в него, кроме корректирующих цепочек, входят и усилительные каскады. Часто применяют переменную коррекцию. Тогда в схему корректирующего звена добавляют регуляторы или переключатели.

При знакомстве с любой, самой сложной системой высококачественного звукоусиления можно представить ее в виде обобщенной блок-схемы, изображенной на рис. 3. Каждое из ее звеньев вносит искажения, поэтому наличие корректирующего звена является обязательным.

Рис. 3. Обобщенная блок-схема звукового Hi-Fi тракта: ИС - источник сигнала; А - среда 'А', ДП - датчик-преобразователь сигнала; КЗ - корректирующее звено; ОПС - оконечный преобразователь сигнала; Б - среда 'Б'; ПИ - потребитель информации (слушатель)

При такой постановке вопроса само конструирование высококачественной аппаратуры приобретает иной смысл, становится очевидной вся ошибочность весьма распространенного в среде радиолюбителей взгляда на то, что высокого качества звучания можно достигнуть, лишь сконструировав какой-то сверхсложный многоламповый УНЧ или построив необычайную акустическую систему из 10-20 громкоговорителей. Эта почти мистическая вера в то, что "сложное всегда хорошо", чаще всего порождена непониманием простейших физических закономерностей. Сторонники такого взгляда, с одной стороны, игнорируют влияние среды на качество звучания и, с другой стороны, не понимают, что почти каждое звено тракта вносит те или иные искажения в сигнал, и добавление новых звеньев может служить причиной возрастания искажений. Поэтому любое усложнение тракта должно быть убедительно обосновано и оправдано.

Но главное даже не в этом. Главное, о чем всегда необходимо помнить конструктору высококачественной аппаратуры, состоит в том, что с помощью корректирующего звена лишь сводят к приемлемому минимуму те искажения, которые вносит в полезный сигнал сам тракт, и в частности среды "А" и "Б".

Поэтому правильнее всего начинать не с исправления уже искаженного сигнала, а вначале постараться учесть и свести к минимуму искажения в месте их возникновения.

Здесь важнее всего найти такие схемные и конструктивные решения, которые позволят с минимальными потерями качества передавать сигнал от звена к звену. Практика показывает, что именно здесь, на стыке соседних звеньев возникают наибольшие потери качества сигнала (разумеется, если сами звенья сконструированы и выполнены правильно и не вносят дополнительных искажений в сигнал).

К таким "стыкам" относятся все переходные междукаскадные и междублочные соединения, в частности трансформаторы, согласующие и корректирующие цепочки, а также среды "А" и "Б". Именно здесь возникают наибольшие искажения, и поэтому именно на них следует обращать основное внимание при конструировании.

Поскольку каждый из этих вопросов по объему и важности является самостоятельным, они будут более подробно рассмотрены далее.

Нередко весь тракт разбивают на несколько отдельных частичных трактов, которые могут быть как полностью идентичными, так и совершенно различными по параметрам и характеристикам. Во всех таких случаях возникают дополнительные задачи по правильному разделению общего сигнала по частичным трактам и по синтезированию из отдельных обработанных сигналов общего, полного сигнала.

Эти задачи также весьма сложны, поэтому мы рассмотрим их отдельно в соответствующем разделе книги.