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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Suono in televisione. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / TV I proprietari di numerosi televisori importati non hanno l'opportunità di utilizzare tale funzione di dispositivi di fabbricazione straniera come l'accompagnamento sonoro stereofonico dei programmi televisivi e via cavo. Spesso solo chi riceve i programmi via satellite può apprezzarne i benefici. Il modo in cui viene trasmesso il suono televisivo negli standard esistenti e come migliorarne la riproduzione è descritto nell'articolo pubblicato. La base tecnica della televisione nazionale è migliorata notevolmente negli ultimi anni. Nei centri televisivi sono apparse nuove apparecchiature, per preparare e condurre trasmissioni vengono utilizzati mezzi e tecnologie moderni. La qualità dell'immagine è migliorata e il numero di canali trasmessi è in crescita. L'unica caratteristica che non ha subito cambiamenti significativi nelle trasmissioni televisive e via cavo è il suono. Per molti decenni rimane monofonico. Il suono mono sembra provenire da un unico punto: l'altoparlante. In televisione, come nel cinema, questo metodo di riproduzione entra in conflitto con l'immagine. È solo parzialmente accettabile quando si mostrano primi piani, quando il suono dovrebbe provenire dal centro dello schermo. Nelle riprese medie e lunghe è logicamente necessario espandere l'immagine sonora davanti allo spettatore. Un miglioramento radicale nella percezione del panorama sonoro può essere fornito solo da sistemi di generazione e riproduzione del suono multicanale. Si tratta di numerose opzioni per sistemi audio stereofonici a due canali, quadrifonici a quattro canali, a cinque e più canali. Tutti loro (ad eccezione di quelli quadrifonici, che non hanno ancora trovato un uso diffuso) sono stati portati ad un elevato livello circuitale e di qualità, padroneggiati dall'industria e utilizzati in tutto il mondo. Recentemente sono apparsi nel nostro paese. Consideriamo i loro parametri principali. I videoregistratori VHS dal design semplice riproducono il suono attraverso un canale e quelli più complessi (classe Hi-Fi) riproducono anche il suono attraverso due. La modalità in cui viene registrato il suono è solitamente indicata sulla videocassetta. Può essere STEREO, DOLBY STEREO, DOLBY SURROUND (con audio multicanale). L'assenza di tali iscrizioni indica una registrazione monofonica. Sui supporti utilizzati nei videoregistratori S-VHS e nei lettori di minidisc DVD, le registrazioni vengono quasi sempre effettuate con audio multicanale. Tutti questi dispositivi elaborano i segnali audio, solitamente a basse frequenze in forma analogica, mentre i lettori DVD li elaborano in forma digitale. I centri televisivi in paesi stranieri trasmettono il suono in vari modi. Negli Stati Uniti viene utilizzato il sistema BTSC-MTS (Broadcast Television Systems Committee - Multichannel Television Sound - suono televisivo multicanale - standard del Committee on Transchanging Television Systems). Si tratta di uno sviluppo dello standard televisivo monofonico NTSC-M, che ha permesso di introdurre al suo interno anche l'audio multicanale. Il sistema prevede la modulazione della frequenza della sottoportante 4,5 MHz non con suono mono, ma con un segnale stereo complesso (CSS). La struttura di questo segnale è mostrata in Fig. 1, a. La frequenza della sottoportante soppressa del segnale LR è 31,468 kHz, che corrisponde alla seconda armonica della frequenza orizzontale, che è 15,734 kHz nel sistema NTSC. Oltre ai soliti L+R, LR, soggetti alla modulazione di ampiezza (AM) e di bilanciamento (BM), e ai segnali pilota, il BTSC-MTS CSS ha introdotto due ulteriori canali audio codificati modulati in frequenza sulle sottoportanti 78,67 e 102,27 kHz (per uso ufficiale). I ricevitori con percorso audio mono percepiscono solo il segnale L+R. I dispositivi che dispongono di un percorso stereo elaborano tutti i segnali.
In Giappone, i segnali sonori vengono trasmessi anche sotto forma di KSS (Fig. 1, b), ma costruiti in modo diverso rispetto a BTSC-MTS. La sottoportante del segnale LR non viene soppressa. Viene trasmesso anche il segnale pilota, ma serve solo per riconoscere la modalità operativa. Quando si trasmettono programmi stereo, viene modulato da un tono con una frequenza di 982,5 Hz, durante la trasmissione a due canali (bilingue) da un tono con una frequenza di 922,5 Hz e, nel caso di un canale mono, il segnale pilota è non modulato. Nello standard di trasmissione terrestre PAL-B/G, i segnali stereo si trovano in PCTV su sottoportanti di 5,5 e 5,742 MHz con modulazione FM (Fig. 1c). Uno di loro trasmette il segnale L+R, l'altro - 2R. Utilizzando un segnale 2R invece di un segnale LR è possibile equalizzare il rumore nei canali, che di solito è due volte più forte nel canale L rispetto al canale R. Questo sistema si chiama Zweiton. Inoltre, il segnale stereo viene ripetuto in PCTV in forma digitale codificato utilizzando il sistema NICAM (Near Instantaneous Companded Audio Multiplex) utilizzando RPM (relative Phase Shift Keying). PCTV PAL-I (Fig. 1, d) contiene due segnali audio trasmessi simultaneamente: un segnale mono analogico modulato in frequenza su una sottoportante di 5,9996 MHz e un segnale stereo digitale su una sottoportante di 6,552 MHz, codificato utilizzando il sistema NICAM. Il segnale stereo del sistema NICAM viene generato nel centro televisivo campionando i segnali analogici L e R in tempo con una frequenza di campionamento di 32 kHz e quantizzandoli in 256 livelli (8 bit) in ciascun campione. Le informazioni da entrambi i canali vengono trasmesse in un flusso di dati digitali comune DQPSK (Digital Quadrature Phase Shift Keying) ad una velocità di 728 kbit/s. Questo flusso modula la sottoportante audio (5,85 MHz in PAL-B/G e 6,552 MHz in PAL-I) utilizzando il metodo OPM. Su un televisore, il flusso DQPSK viene decodificato, convertito in segnali analogici a due canali L e R. La struttura del decodificatore è mostrata in Fig. 2.
Il chip DD1 riceve una sottoportante audio dal demodulatore PCTV, modulata da un flusso DQPSK e da un segnale pilota con una frequenza di 54,6875 kHz. Nel chip DD1, la sottoportante viene demodulata e il flusso digitale risultante viene ripulito dalle interferenze in un filtro digitale. Il flusso DQPSK e il segnale pilota vengono trasmessi al decoder DD2. La decodifica consiste nel dividere il flusso DQPSK in segnali digitali L e R e anche suddividerli in gruppi di bit (parole) corrispondenti ai campioni. I convertitori digitale-analogico nel chip DD2 trasformano i campioni digitali in impulsi che, dopo livellamento, forma i segnali analogici L e R. Allo stesso tempo, viene riconosciuto anche il metodo di trasmissione del suono. Se il segnale pilota viene modulato con una frequenza di 117,5 Hz, viene trasmesso un programma stereo, se con una frequenza di 274,1 Hz - due segnali mono e, se non modulato, un canale mono. Il decoder è controllato dal microcontrollore del sistema di controllo TV tramite il bus digitale I2C. Tutti i sistemi discussi sono compatibili con una flotta di televisori mono. La trasmissione televisiva sui canali satellitari è organizzata con la trasmissione di segnali in forma analogica, digitale-analogica e digitale. La trasmissione satellitare continua in forma analogica nei sistemi NTSC, PAL, SECAM. Nel sistema SECAM-D/K il suono rimane monofonico, come prima. Sui canali satellitari, a differenza della trasmissione terrestre, viene trasmesso sulle sottoportanti 6,8; 7 o 7,5 MHz. Nel sistema PAL, l'audio in forma analogica è organizzato in uno, due o quattro canali. Nel primo caso viene selezionata una delle sottoportanti 6,5; 6,6; 6,65; 6,8; 7; 7,5 MHz. La trasmissione audio a due e quattro canali viene fornita utilizzando il sistema Wegener-Panda 1. Come mostrato in Fig. 1, d, prevede l'inclusione nel PCTV di quattro ulteriori sottoportanti audio modulate in frequenza 7,02; 7,2; 7,38; 7,56 MHz. Due di essi vengono utilizzati per trasmettere l'audio stereo di un programma televisivo, il resto viene utilizzato per programmi radiofonici trasmessi simultaneamente. Maggiori dettagli su tale sistema possono essere trovati in [1]. In forma digitale, l'audio di un segnale televisivo analogico PAL viene trasmesso tramite canali satellitari dopo la codifica utilizzando il sistema NICAM. In forma digitale-analogica, i segnali televisivi sono utilizzati nei sistemi MAC e MUSE. Il sistema MAC (Multiple Analog Components - compattazione dei componenti analogici) è un'opzione di transizione dai metodi analogici a quelli digitali per trasmettere un segnale televisivo sui canali di comunicazione. Utilizza la trasmissione analogica e separata nel tempo di segnali di luminosità e colore e la trasmissione digitale di segnali audio e altre informazioni (segnali di sincronizzazione, televideo, segnali di servizio). La loro elaborazione sul lato trasmittente e ricevente avviene con metodi digitali. Esistono diverse opzioni per costruire un sistema: A-MAC, B-MAC, C-MAC, D-MAC, D2-MAC, HD-MAC, HD-B-MAC. Le loro principali differenze risiedono nei metodi di codifica del segnale, modulazione della portante e numero di canali audio. I segnali audio vengono convertiti dalla forma analogica a digitale dopo essere stati campionati a 32 kHz e quantizzati utilizzando 14 bit per campione. Successivamente vengono registrati in tempo reale in una memoria buffer, dove vengono combinati con segnali di informazione digitali in pacchetti da 751 bit. Durante una trama vengono generati 162 pacchetti nei sistemi C-MAC, D-MAC (82 pacchetti nel sistema D2-MAC). Durante gli intervalli di cancellazione, i pacchetti vengono letti dalla memoria buffer ad una velocità di 20,25 MHz in blocchi di 195 bit per linea (10,125 MHz e 99 bit nel sistema D2-MAC) e inseriti digitalmente nel segnale televisivo trasmesso. Nei sistemi A-MAC e C-MAC i segnali digitali vengono collocati sulla loro sottobase 7,25 MHz, mentre nel sistema A-MAC vengono trasmessi in modo continuo. I segnali a pacchetto digitali sono un flusso di bit che controllano la fase della portante di un segnale televisivo, che può assumere due o quattro valori fissi. Il sistema A-MAS è a canale singolo. nelle versioni BD è possibile organizzare fino a otto canali audio. Al ricevitore, i segnali audio digitali vengono separati dalle informazioni digitali, archiviate in una memoria buffer, dalla quale vengono letti per la conversione da digitale ad analogico a velocità normale. Il sistema MAC non ha resistito alla prova del tempo. Nell'estate del 1999, su oltre 5000 canali satellitari, solo 56 operavano nello standard D2-MAC e 20 nello standard V-MAC. Le opzioni HD-MAC e HD-B-MAC si riferiscono a sistemi televisivi ad alta definizione (HDTV o HDTV) con scansione di 1250 linee. Mantengono i principi utilizzati nelle versioni precedenti: audio digitale e segnali analogici di luminosità e colore separati nel tempo. Maggiori dettagli sul sistema MAC sono scritti in [2 e 3]. Il sistema MUSE (Multiple Sub-Nyquist Sampling Encoding) è stato sviluppato e utilizzato da un solo canale televisivo in Giappone. Come il sistema MAC, trasmette segnali di luminanza e colore analogici con segnali audio digitali e informazioni digitali. Come HD-MAC è un sistema ad alta definizione (1125 linee) Il segnale audio nel sistema MUSE, insieme alle informazioni digitali, viene trasmesso a intervalli di cancellazione del campo utilizzando la modulazione di fase della portante quadrupla ad una velocità di trasmissione di 2,048 Mbit/s. Informazioni più dettagliate sul sistema sono contenute in [3]. Sono ampiamente utilizzati anche i sistemi di compressione televisiva digitale MPEG (Moving Picture Experts Group - uno sviluppo effettuato da un gruppo di esperti di immagini in movimento): MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4. La loro descrizione è riportata in [2 e 4]. Nelle trasmissioni televisive, la compressione delle informazioni avviene secondo il sistema standard MPEG-2, utilizzato durante la scansione fino a 625 linee. Consiste in standard di 20 livelli di complessità, che consentono di creare algoritmi di compressione delle informazioni nei sistemi per vari scopi. La parte audio dello standard è il sistema di compressione delle informazioni dei canali audio MUSICAM (MPEG-Audio), che consente l'elaborazione fino a sei canali audio di alta qualità a banda larga. MPEG sono standard televisivi digitali di basso livello. Oltre a questi, esiste anche una serie di standard concordati di comune accordo che garantiscono la trasmissione di diversi programmi televisivi su un'unica frequenza di canali satellitari (DVB-S), via cavo (DVB-C) o terrestri (DVB-T). Per risolvere la contraddizione tra immagine e suono mono, i televisori fissi utilizzano talvolta un sistema “surround mono”, costituito da due altoparlanti situati ai lati dello schermo. Nei televisori di fascia alta, sono integrati con sistemi di altoparlanti esterni (AS). Nelle apparecchiature di fabbricazione estera, a questo scopo, di norma, viene utilizzato lo stesso tipo di emettitori sonori a banda larga di piccole dimensioni. Nei televisori prodotti nell'ex Unione Sovietica, sul lato destro del case veniva solitamente installata una testina a banda larga con una potenza di 3...4 W, mentre sul lato sinistro veniva installata una testina ad alta frequenza di potenza inferiore. Entrambi gli altoparlanti sono stati collegati in parallelo all'uscita di un comune amplificatore a 3 canali. Allo stesso tempo, il suono si espandeva spazialmente. Allo stesso tempo è stato parzialmente raggiunto l'effetto pseudo-stereofonico della separazione delle frequenze riprodotte nello spazio davanti allo spettatore, che ha migliorato la percezione dell'immagine sonora. Ma posizionando diversi emettitori sonori in un comune corpo TV aperto non è stato possibile creare un'espansione notevole del volume del suono. È possibile migliorare la qualità della riproduzione dei programmi monofonici utilizzando metodi monoambiofonia, quando un segnale audio viene fornito a un emettitore senza elaborazione aggiuntiva e all'altro dopo un certo ritardo. Ciò consente di migliorare le proprietà acustiche della stanza, conferendole l'eco desiderato. Questo metodo non ha trovato ampia applicazione nella televisione monofonica e solo di recente è stato richiesto nei sistemi con audio surround multicanale. Puoi anche utilizzare un altro metodo: la pseudo-stereofonia con divisione spaziale dello spettro di frequenze del suono, inviando le basse frequenze all'altoparlante destro e le alte frequenze a sinistra. Per quanto riguarda i sistemi di riproduzione del suono stereo a due canali, ci sono due opzioni principali per la loro costruzione: stereo semplice ed esteso. Nel primo caso, i segnali sonori ricevuti attraverso i canali L e R, dopo l'amplificazione, vengono trasmessi agli altoparlanti senza ulteriore elaborazione. Lo svantaggio di tali sistemi è ben noto: uno stretto panorama sonoro spaziale non si sviluppa attorno all'ascoltatore, ma davanti a lui sotto forma di un muro sonoro piatto. Un tentativo di espanderlo allargando gli altoparlanti porta alla comparsa di uno spazio chiaramente percepito al centro dell'immagine sonora. Lo stereo avanzato aumenta le dimensioni dell'immagine stereo trasferendo parte del segnale L al canale R e viceversa. Se i segnali trasmessi vengono elaborati in fase e tempo (ritardo), il panorama sonoro può essere notevolmente ampliato anche quando gli emettitori sonori si trovano in un alloggiamento comune a breve distanza l'uno dall'altro. Esistono due opzioni principali per un tale sistema: ISS (Incredible Surround Sound - suono incredibilmente surround) e il sistema Qsound. In entrambi i casi, i segnali sonori vengono elaborati da microcircuiti - processori del suono (SP), che forniscono la regolazione del volume, del bilanciamento, del timbro HF e LF. Elaborano anche i segnali audio in modalità mono, pseudo stereo, stereo semplice e stereo esteso. Sono comparsi numerosi microcircuiti che implementano queste funzioni. Questi sono TDA8421/24/25/26, TDA9860/61, CXA1735AS, LMC1982CIN/CIV con controllo tramite bus digitale I2C. Questi includono il processore TDA3810, che esegue solo l'elaborazione dei segnali di regime senza modificarli. ZP è abbastanza ampiamente utilizzato nei televisori di diverse aziende. Pertanto, il chip TDA8425 è installato nel televisore TVT-C24F4R e forma una modalità pseudo-stereofonica quando riceve segnali terrestri del sistema SECAM-D/K [5]. Viene utilizzato anche nel ricevitore PHILIPS-FL [6]. Il processore CXA1735AS funziona nella TV digitale PANASONIC-TX-28WG25C (ODD) [7]. Il televisore SONY-KV-28WS4R contiene il microcircuito MSP3410, che combina le funzioni di un caricabatterie e di un decodificatore del sistema NICAM [7]. Una soluzione interessante per la parte a bassa frequenza del percorso audio viene utilizzata nel PHILIPS - FL TV, che dispone di un convertitore di segnale audio da due canali a cinque canali con un algoritmo di conversione pseudo-quadrifonico. Il suo schema a blocchi è mostrato in Fig. 3.
Da una sorgente di segnali analogici o da un decoder NICAM, i segnali stereo L e R vanno al DA1 ZP, da esso - direttamente agli amplificatori 3Ch A1 e A3, e quindi agli AC L e R ad essi collegati. In parallelo, giungono ai sommatori S1 e S2, nei quali generano i segnali L+R e LR. Il primo di essi passa attraverso un filtro passa-basso attraverso l'amplificatore A2 all'AC M centrale. Il segnale LR dopo l'amplificatore A4 va agli AC SL e SR posteriori sinistro e destro, collegati in serie con avvolgimenti back-to-back. Ciò garantisce che i segnali che arrivano agli altoparlanti siano sfasati. I sistemi stereo e pseudo-quadrifonici migliorati hanno migliorato la qualità della riproduzione del suono, ma non sono stati in grado di risolvere il problema di ottenere un suono di alta qualità. Oggi è formulato così: il campo sonoro deve essere tridimensionale, avvolgendo l'ascoltatore da tutti i lati e dall'alto, garantire che le direzioni delle sorgenti sonore apparenti coincidano con la loro posizione effettiva nello spazio durante la trasmissione. Il problema della riproduzione di tale suono è stato risolto per la prima volta nel cinema, quando nelle sale da concerto sono apparsi sistemi audio surround multicanale: i sistemi Dolby Surround, THX e CS. Allo stesso tempo, l'apparecchiatura di registrazione video domestica su nastro magnetico in formato VHS, che si è diffusa, ha portato al massiccio trasferimento di film su videocassette per la visione domestica. Allo stesso tempo, naturalmente, è nata la necessità di preservare il suono surround durante la duplicazione di un film su una videocassetta. Ciò ha portato alla creazione di varianti video del sistema Dolby Surround: il sistema Dolby Pro Logic Surround a quattro canali con una rappresentazione analogica dei segnali audio e il sistema Dolby Digital a sei canali con una rappresentazione digitale. Dolby Pro Logic Surround prevede la conversione delle informazioni audio multicanale in due canali durante la registrazione su nastro magnetico e la conversione inversa in multicanale per lo spettatore. Le informazioni sonore vengono compresse ed espanse utilizzando un algoritmo più complesso di quello utilizzato nella pseudo-quadrifonia. Dalle fonti disponibili, la descrizione più completa dei principi di funzionamento di questo sistema si trova in [8]. La conversione sul lato ricevente avviene nel decoder audio (AD). Un esempio di utilizzo del sistema Dolby Pro Logic Surround può essere il televisore SONY-KV-28WS4R [7]. in cui il telecomando utilizza il chip TC9337F-015. Esistono altri microcircuiti simili. Per esempio. NJW1102AF. Il sistema acustico del modello KV-28WS4R è costruito in modo simile a quello discusso secondo lo schema di Fig. 3. Per enfatizzare l'effetto stereo e localizzare meglio la direzione verso la sorgente sonora, il DZ regola il guadagno degli amplificatori in tutti i canali in modo che rimanga invariato nel canale con il livello di segnale massimo e sia ridotto nel resto. Esistono altre opzioni per costruire la parte acustica di un dispositivo con suono surround. Talvolta viene installato un ulteriore altoparlante a banda larga al centro sopra il televisore per riprodurre il suono da sorgenti che si muovono verticalmente. Gli altoparlanti posteriori possono essere posizionati non dietro lo spettatore, ma di lato, in linea con lui. Invece che mono possono essere forniti segnali pseudo-stereo. La conclusione logica del processo di miglioramento dei sistemi di riproduzione del suono in televisione è stata la creazione del concetto di home video theater. La sua composizione e capacità sono descritte in dettaglio in [8 - 10]. La sua parte video è una TV a grande schermo o un videoproiettore, un videoregistratore di fascia alta e apparecchiature per la ricezione di programmi via satellite. La parte audio è un amplificatore multicanale con ingresso e uscita multimodale, un set di altoparlanti. Cosa possono fare i radioamatori per migliorare la riproduzione del suono televisivo? Innanzitutto, consiglio di implementare la possibilità esistente di guardare video con audio stereo. È vero, ciò richiederà un sistema stereo o qualsiasi installazione stereo, un videoregistratore con un percorso stereo e videocassette con gli indici STEREO, DOLBY STEREO. Troverete utili consigli pratici in [11]. Se proseguite su questa strada, otterrete anche il suono surround registrato su videocassette con l'indice DOLBY SURROUND nella versione DOLBY Pro Logic. Ma ciò comporterà una seria rielaborazione del sistema audio: avrai bisogno di un telecomando, un amplificatore a quattro canali e cinque altoparlanti esterni. In secondo luogo, puoi limitarti alla riproduzione pseudo-stereofonica del suono dei programmi trasmessi e via cavo. Ma per questo dovrai modificare il percorso audio del televisore introducendovi uno ZP, un secondo amplificatore 3H e altoparlanti. Informazioni più dettagliate sulla ZP sono fornite in [12]. Letteratura
Autore: V.Brylov, Mosca
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