Радиовещание

РадиовещаниеРАДИОВЕЩАНИЕ, широковещание по радио, одно из практических применений радиотелефонии, имеющее своей задачей передачу широким слоям населения в политических, культурных, развлекательных или рекламных целях всякого рода речевых (лекций, речей, докладов и т. д.) и музыкальных выступлений и исполнений. В отличие от других видов радиотелефонных передач радиовещательная передача должна удовлетворять очень строгим требованиям в отношении натуральности и художественности воспроизведения передаваемого звукового материала. В то же время, передаваемое должно отличаться разнообразием по содержанию, форме и характеру, удовлетворяя самым широким вкусам и интересам слушателей. Эти требования наделяют совершенно специфическими чертами не только организацию, но и технику радиовещания, выделяя последнюю в отдельную законченную отрасль радиотехники.

Все передаваемое для радиовещания, как правило, исполняется в специальных помещениях, б. ч. находящихся на расстоянии, иногда очень значительном, от передатчика; в такое помещение и выносится микрофон для восприятия исполняемого. Воспринятое микрофоном передается на передатчик помощью специальных линий. В целях получения большей гибкости в управлении микрофонами, вынесенными с их предварительными усилителями в различные помещения, откуда передается звуковой материал, а также для обеспечения передачи с возможно меньшими искажениями все предназначаемое для передачи в эфир посылается сначала в трансляционный радиовещательный узел. В трансляционном узле сходятся все провода от микрофонов и от передатчиков, обычно нескольких, которые он обслуживает; здесь также устанавливаются все аппараты для контроля качества передачи и коррекции искажений, а также усилители, с помощью которых уровень передачи доводится до величины, необходимой для передачи ее по проводам на радиопередатчик.

Трансляционный узел обычно помещается вблизи тех помещений, из которых производятся передачи, т. е. вероятнее всего в черте города; радиопередатчики как правило на несколько десятков километров выносятся за пределы того города, откуда черпается программа радиовещания, и связываются с узлом прямыми проводами -  обычно специальными подземными кабелями с хорошей частотной характеристикой. Узел с помещениями, откуда черпается программа, связывается или местными частными линиями или через городскую телефонную сеть. Это - принцип организации радиовещания городского масштаба. Однако этим дело не ограничивается; в настоящее время радиовещание организуется в общегосударственном масштабе. Для этого все городские радиовещательные узлы связываются между собой с помощью междугородных линий. Это позволяет передавать одну и ту же программу сразу несколькими радиопередатчиками, находящимися в различных частях государства, или даже всей государственной сетью радиовещательных передатчиков.

Современное радиовещание не ограничивается передачей программ только из общественных помещений и мест (залов, театров, площадей и т. д.), но и организует передачи из специальных помещений, соответственным образом обработанных акустически - радиостудий. Объясняется это тем, что при передаче из общественных мест, наполненных публикой с неизбежными посторонними шумами и звуками, и при невозможности осуществить необходимое расположение микрофонов для хорошего восприятия звукового материала нельзя качество передачи довести до желаемого высокого уровня, требуемого слушателями. По этой причине большая часть радиовещательных передач совершается обычно из студий. В больших культурных центрах со значительным количеством радиопередатчиков, которые должны обслуживаться многими студиями, трансляционный узел вместе со всей своей многочисленной аппаратурой и студиями сосредоточивается в одном пункте в специально выстроенных для этого зданиях - радиодомах. Такие радиодома, представляющие собой технически сложные сооружения, выстроены в Нью-Йорке, Лондоне и Берлине. Радиодом в настоящее время строится в СССР, в Москве. Вся совокупность приборов, необходимых для радиовещания, а также оборудование специальных помещений, в которых эти приборы работают, составляет предмет изучения техники радиовещания.

В настоящее время радиовещание заняло прочное место в быту и общественной жизни современного населения земного шара. Оно играет очень важную политическую и культурно-просветительную роль в жизни государств. Радиовещание впервые возникло в США в 1920—21 гг. Здесь к настоящему времени оно получило и наибольший размах в количественном отношении. В СССР радиовещание начало развиваться в крупных темпах с 1924 г., когда был опубликован декрет о приемных радиостанциях частного пользования. В настоящее время радиовещанием охвачена подавляюще большая часть государств земного шара, однако наибольшая уплотненность эфира радиовещательными станциями достигнута в Европе и Сев. Америке, где полностью исчерпаны возможности в количественном росте радиовещательных станций и где ведется уже ожесточенная борьба между государствами за каждую волну для радиовещательных передатчиков. В других частях света радиовещание далеко еще не исчерпало всех своих возможностей. Почти во всех государствах радиовещание в виду его чрезвычайно важного политического значения находится под контролем правительств; для максимального использования возможностей радиовещания созданы специальные радиоорганизации государственного значения. В СССР организацией радиовещания ведает Всесоюзный комитет по радиофикации и радиовещанию (ВРК), созданный согласно постановлению Совнаркома СССР от 31 января 1933 г. о выделении функций радиовещания из системы Наркомсвязи. В настоящее время ВРК имеет обширное хозяйство, состоящее из 68 радиокомитетов на местах, большой сети уполномоченных по вещанию на радиоузлах; общий бюджет ВРК на 1934 г. составлял около 100 млн. руб. В США радиовещание находится в руках специально созданных частных компаний, из которых наиболее мощные - Национальная радиовещательная компания и Колумбийская радиовещательная компания. Первая владеет 88 станциями (по мощности 61%), вторая - 92 (по мощности 26,5%). В капиталистических странах радиовещание под маркой развлекательных и веселящих передач обслуживает преимущественно интересы буржуазии. Это с особенной резкостью проглядывает именно в радиовещании США. В СССР оно построено т. о., что обслуживает интересы широких слоев трудящегося населения и выполняет очень важную задачу по повышению общего культурного уровня населения. По идеологической выдержанности, разнообразности и художественности программ наше радиовещание несомненно интереснее, чем радиовещание капиталистических стран.

Техника радиовещания. Диапазон волн. Для радиовещания предоставлен диапазон волн от 200 до 600 (550) м, не используемый ни для каких других целей. В Европе кроме того для радиовещания использован участок диапазона от 1000 до 2000 м. В СССР в виду его колоссальных территорий и необходимости иметь большее количество передатчиков в Европейской его части, чем это возможно по международным соглашениям, для радиовещания использован участок диапазона и между 600 и 1000 м. Число радиостанций, которые могут одновременно работать без взаимных помех и при требующемся для радиовещания качестве передачи в предоставляемых для радиовещания диапазонах, в общем невелико. При принятой международными соглашениями норме для разницы в частоте между радиопередатчиками на смежных каналах в 9 kHzв диапазоне от 200 до 600 м могут работать одновременно не больше 112 передатчиков, в диапазоне 1000—2000 м - не больше 16. Этого количества передатчиков для Европы с ее большим числом государств и больших культурных центров оказывается крайне мало. Такое же положение имеет место и в Америке в ее еще более узком диапазоне 200—550 м. В длинноволновой части диапазона в Европе сейчас уже работает 23 передатчика большой мощности и в средневолновом около 180 передатчиков. Уже это количество радиопередатчиков, далеко выходящее за нормы, создает в эфире очень сильные непроизвольные взаимные помехи приему радиовещательных станций, значительно снижая достоинства радио. В Америке работает 180 радиовещательных передатчиков, т. е. имеет место еще большее переуплотнение эфира.

Большое значение в распределении волн радиовещательных передатчиков имеет качество радиоприемников (в особенности избирательность), используемых для радиовещания. Так как качество приемников пропорционально их стоимости, то в этом вопросе, исходя из интересов широких масс населения, можно базироваться лишь на приемниках среднего качества. Приемники этого вида диктуют следующие принципы в распределении волн: 1) радиостанции, работающие на смежных волнах (каналах) при разнице в частоте 9 kHz, должны располагаться на очень значительных расстояниях друг от друга во избежание интерференционных взаимных помех (с частотой 9 kHz); 2) радиостанции, располагаемые в одном пункте, должны отличаться по частоте, по крайней мере, около 50 kHz (на 5 каналов). Однако это правило при существующем распределении волн выполнено не полностью, почему существует несколько участков в диапазоне, где интерференционные помехи дают себя знать весьма резко. При капиталистической хозяйственной организации государств с их взаимно исключающими устремлениями этот вопрос вряд ли вообще удастся решить исчерпывающим образом.

Работа на одной волне. Желание увеличить число радиостанций, работающих в одном пункте, а также перекрывать надежным приемом возможно большие площади привело к изысканию методов одновременной работы нескольких радиостанций на одной волне, передающих одну и ту же или разные программы. Наблюдения над приемом двух радиостанций, работающих на одной волне, позволили установить, что качество приема получается хорошим только тогда, когда поле от одной станции значительно превышает поле другой, причем качество приема сохраняется при тем меньшем соотношении полей, чем меньше разность частот обоих передатчиков. На фиг. 1 (Е1 : Е2 - отношение напряженностей поля передатчиков, работающих на одной волне) показана эта зависимость для речи и музыки.

Отношение напряженностей поля передатчиков, работающих на одной волне для речи и музыки

Из кривой видно, что для обеспечения приема с минимальными искажениями необходимо, чтобы частота передатчика была очень точно синхронизирована с точностью до 10 Hz. Такой точности синхронизации добиваются 2 способами: 1) посылкой на оба передатчика контрольной частоты из центра, которая после умножения используется на передатчике для получения несущей частоты, или 2) возбуждением несущей частоты от независимых стабилизованных изохронных генераторов на каждом передатчике. В Англии это достигалось применением камертонов, в Америке - точно подогнанными кварцевыми кристаллами. В средней воне между передатчиками, где напряженности полей от обоих, передатчиков приблизительно равны, прием, как правило, получается неудовлетворительным. Результаты экспериментальных обследований показывают, что при этом имеют место различные виды помех приему. При наличии уровня шумов, сопровождающих прием, дает себя знать т. н. флюттер-эффект — периодическое усиление и ослабление шумов при изменении фазы несущих частот. При полном отсутствии шумов появляется неприятная помеха от смещения боковых частот. Качество приема ухудшается при увеличении глубины модуляции на каждом из передатчиков и фазового угла между боковыми частотами. Эти искажения при неравенстве расстояний до передатчиков зависят от частоты. Искажения этого вида м. б. уменьшены, если модуляция несущей частоты производится еще в центре или звуковая частота к обоим передатчикам подводится по линиям одинаковой длины. При разнице между частотами двух передатчиков больше 50 Hz на приеме прослушивается частота биения несущих частот передатчиков. В этом случае прием без помех м. б. обеспечен при отношении напряженностей поля 500 : 1, что влечет за собой необходимость удалять передатчики на очень значительное расстояние друг от друга (несколько тыс. км), чтобы площади, покрываемые ими, не были уменьшены интерференционными помехами. Т. о. работа на одной волне к большим возможностям не приводит, точно так же не удается эти возможности расширить усовершенствованиями радиоприемников. Современные супергетеродины, в том числе стенод-радиостат, позволяя несколько понизить взаимные помехи между радиостанциями, работающими на смежных волнах при стандартной разнице 9 kHz, не дают, однако, никакой возможности сблизить смежные волны без ущерба для качества приема.

Контроль волн. При разнице в частоте 9 kHz между смежными радиостанциями чрезвычайно важное значение играет точное поддержание (в пределах 10%) передатчиками отведенных им волн, иначе помехи очень сильно возрастут. Для контроля за постоянством волн, излучаемых радиовещательными передатчиками, создана в Брюсселе Международная приемная станция по контролю волн, которая с точностью до 10—4, а в последнее время до 10—6 может определить длины волн, излучаемых радиопередатчиками, графически фиксируя точность волны со временем. Аналогичная станция создана в СССР в 100 км от Москвы в Можайске для контроля за волнами советских радиопередатчиков.

Нормы хорошего приема при радиовещании. Надежность радиовещательного приема в сильной степени зависит от места, где прием производится. Совершенно надежный и чистый прием в городе, протекающий в условиях сильных помех от всякого рода электрических цепей, возможен лишь при силе поля 10 mV/м или больше. Прием вне города в сельских местностях при отсутствии помех от электрических сетей возможен при напряженности поля 200 мкW/м, а иногда и меньше. Американские авторы (Гольдсмит и др.) дают еще более высокие нормы для надежного приема, полагая его равным 20—100 mV/м для города и от 1 до 10 mV/м для сельских местностей. Дальности действия радиовещательной станции, определяемые для таких полей, получаются конечно значительно меньшими, чем для коммерческих радиотелефонных станций с выделенными приемными станциями, осуществляющих прием при силе поля до 5—10 мкV/м (короткие волны). Конечно прием радиовещательных станций возможен на значительно больших расстояниях, чем это определяется указанными нормами, однако очень часто этот сверхкондиционный прием усугубляет положение с помехами, не обеспечивая в большинстве случаев приема, необходимого для эстетического слушания программ радиовещания.

Мощность радиовещательных передатчиков. Для обеспечения хорошего приема, удовлетворяющего указанным выше нормам на возможно больших площадях, при невозможности увеличивать число передатчиков мощность радиовещательных передатчиков, увеличивающаяся из года в год, в настоящее время доведена до очень больших величин. Большинство передатчиков крупных культурных центров имеет мощности порядка 100 kW. Наиболее крупные радиовещательные станции Европы и Америки имеют мощность 500 kW. В Европе радиостанция такой мощности имеется лишь в СССР, это - станция имени Коминтерна в Ногинске, близ Москвы, оконченная постройкой в 1933 году, когда она явилась первой радиостанцией этой мощности в мире. В последние годы 500-kW радиостанции построены в Америке. В Европе к 1933 г. имелось около 200 радиовещательных станций с общей мощностью 5000 kW при средней мощности около 20 kW. В настоящее время эти цифры значительно возросли. По суммарной мощности радиостанций в Европе на первом месте - СССР, имеющий в настоящее время 65 радиостанций с общей мощностью 1500 kW. В США на 1 июля 1934 г., было 180 радиовещательных станций с общей мощностью 2126 kW при средней мощности станций около 11,5 kW. В табл. 1 приведен список наиболее мощных радиовещательных станций Европы, хорошо слышимых в Европейской части Союза, а в табл. 2 - список важнейших коротковолновых радиостанций.

Список наиболее мощных радиовещательных станций Европы, хорошо слышимых в Европейской части Союза

Список наиболее мощных радиовещательных станций Европы, хорошо слышимых в Европейской части Союза

Список важнейших коротковолновых радиостанций

Распространение радиовещательных волн. Надежный прием с силой поля в несколько mV/м обеспечивается обычно поверхностной волной излучения, т. е. волной, идущей вдоль земной поверхности. Напряженность поля для этого м. б. определена из уравнения

radioveshanie f1

где Е - напряженность поля в mV/м, P - излучаемая мощность в kW, d - расстояние от передатчика в км. Коэффициент 300 справедлив лишь для антенн, имеющих круговую диаграмму излучения, S - величина фактора поглощения, зависящая от расстояния, длины волн и свойств почвы. На фиг. 2а и 2б приведены кривые зависимости напряженности поля от расстояния для различных длин волн при проводимости 10—13 CGS (условия для открытых местностей; для гористых местностей и города проводимость 10—14 CGS).

radioveshanie 2a-b

radioveshanie 2v-g

Фиг. 2а относится к ровной местности, фиг. 2б, 2г - к гористой и к городу. На фиг. 2в и 2г дана та же зависимость для ночного времени: в - для моря, г - для суши (кривая 1 - максимальная величина, повторяющаяся не более 5% времени всего наблюдения, кривая 2 - средняя величина). На больших расстояниях от передатчика, обычно в зонах, где напряженность поля от поверхностной волны становится ниже норм, прием обусловливается уже не только поверхностной волной, но гл. обр. пространственной волной, возвращающейся к земле благодаря отражению от верхних проводящих слоев атмосферы (Е-слоя, фиг. 3).

radioveshanie 3

Однако волны радиовещательного диапазона отражаются не обычным диэлектрическим способом, как это бывает при длинных волнах, а по принципу постепенного отражения, благодаря чему отражение сопровождается большими потерями энергии, причем коэффициент отражения сильно уменьшается с уменьшением волны. Далее на волнах радиовещательного диапазона поглощение тем больше, чем ниже высота отражающих слоев. Ночью, когда высота этих слоев выше, поглощение заметно уменьшается (до 100 раз). Это приводит к значительной разнице в напряженности поля, получающейся на больших расстояниях днем и ночью, причем эта разница тем больше, чем короче волна. На фиг. 4 показана зависимость напряженности поля (в условных величинах, ордината логарифмическая) от длины волны для дневной (кривая 1) и ночной (кривая 2) передач (кривая 3 - поверхностная волна).

radioveshanie 4-5

Из кривых видно, что в диапазоне 1060—2000 м относительная разница между дневной и ночной силой приема значительно меньше. Радиовещательные станции, работающие на этих волнах, дают удовлетворительный прием на больших расстояниях и днем при благоприятных атмосферных условиях. Волны же 200—600 м дальний прием дают только ночью. Однако ночной прием этих волн на больших расстояниях обладает еще одним неприятным свойством, не позволяющим серьезно рассчитывать на его практическую применимость в радиовещании. Этот прием, как правило, подвержен сильным замираниям, обязанным изменениям в длине путей отдельных лучей пространственной волны, достигающих приемника благодаря изменениям, происходящим в ионизированных слоях атмосферы. Замирания эти тем сильнее дают себя знать, чем короче волна. Для хорошего воспроизведения радиовещательной программы прием в этих зонах не может уже считаться пригодным. Поэтому за дальность станций, работающих в диапазоне 200—600 м, даже при очень больших мощностях передатчика считают то расстояние, в  котором прием свободен от замираний, т. е. в котором сила поля поверхностной волны больше, чем пространственной. Т. к. поле поверхностной волны убывает с расстоянием тем быстрее, чем короче волна, то дальность этих последних до зоны, в которой начинают проявлять себя замирания, значительно меньше, чем при более длинных волнах радиовещательного диапазона (1000—2000 м), причем эта дальность не м. б. сколько-нибудь значительно увеличена повышением мощности передатчика. Так, например, если для волны 2000 м при мощности передатчика 1 kW дальность приема без замирания (при высоте отражающего слоя 100 км) 225 км, то для волны 300 м того же передатчика это расстояние равно лишь 85 км.

Антенны с горизонтальным излучением. Желание повысить дальности надежного приема на более коротких волнах, представляющих особенно важное значение для радиовещания, привело к изучению специальных антенн, позволяющих иметь пониженное излучение вверх и повышенное в горизонтальной плоскости. До самых последних лет для повышения общего излучения обычно работали на антеннах, настроенных на волны выше собственной волны антенны. Однако, как показало изучение вопроса, наибольшее излучение в горизонтальной плоскости получается при настройке антенны на волны короче основной. На фиг. 5 показана зависимость отношения radioveshanie f2 отношения h/λ, где h - высота антенны, а λ - длина излучаемой волны. Максимум получается при h/λ = 0,625. Однако только увеличение энергии поверхностной волны еще не ведет к увеличению дальности надежного приема, особенно при передатчике больших мощностей. Гораздо более важное значение играет уменьшение энергии, излучаемой в пространственной волне. На фиг. 6 показана зависимость отношения пространственной волны к поверхностной Епростр.пов. от расстояния для волны 300 м (при γ = 10—13) и мощности передатчика в 1 kW.

radioveshanie 6

Из фиг. 6 видно, что для получения максимума Епростр.пов. оптимальное отношение h/λ должно равняться ≈0,5. Величина наивыгоднейшего h/λ зависит от проводимости почвы и частоты, увеличиваясь с увеличением первой и уменьшением второй в пределах от 0,5 до 0,6. Характер перераспределения излучения в таких антеннах показан на фиг. 7, где приведены кривые излучения в вертикальной плоскости для антенны с высотой h, равной 0,5λ и 0,6λ, а также для сравнения h = 0,25λ, т. е. обычной.

radioveshanie 7

Кривые сплошные даны для идеальной земли (γ = ∞), пунктирная - для антенны с h = 0,6λ при проводимости земли γ = 10—13. Эти антенны значительно повышают площади, обслуживаемые ими. При этих антеннах коэффициент в формуле для напряженности поля увеличивается с 300 до 384, что приводит к увеличению площади обслуживания до 150% по сравнению с антенной, имеющей диаграмму вертикального излучения в виде круга. Высокие вертикальные антенны к настоящему времени нашли широкое распространение, как в Европе, так и Америке, причем им придаются всевозможные структуры. В Америке широко применяется система решетчатой мачты в качестве антенны. Кроме описанных антенн для той же цели разработан и целый ряд других антенн, в которых для уменьшения излучения вверх применяются вспомогательные компенсационные антенны, излучающие вверх, в противоположной фазе относительно главной антенны. Существует 2 вида этих вспомогательных антенн: 1) кольцевая, располагаемая на высоте главной антенны по окружности относительно последней как вертикальной оси, и 2) цилиндрическая с рядом вертикальных антенн, располагаемых по окружности вокруг основной антенны. Наконец существует антенна, состоящая из вертикального провода, служащего, как для компенсационного излучения, так и основного полуволнового. Компенсационное излучение имеет распределение тока по проводу с узлом в середине. Компенсационное излучение, складываясь с основным, дает результирующее распределение тока с узлом на незначительном расстоянии от земли. Примером такой антенны служит антенна, установленная на германской радиостанции в Бреслау, работающей на волне 312 м. В Бреслау применена деревянная мачта высотой 140 м (λ = 0,43 h), в середине которой и подвешен вертикальный провод антенны. Для уменьшения высоты мачты антенна наверху оканчивается бронзовым кольцом диаметром 106 м. Это кольцо позволило уменьшить высоту мачты на 40 м (1/8 λ). Узел тока имеется на высоте 19 м, пучность - на высоте 100 м. Все излучение этой антенны практически сконцентрировано в угле от 0 до 65° над горизонтом. В последние годы в радиовещании нашли применение и направленные антенны; обычно последние состоят из 2 или 3 вертикальных антенн полуволнового вида, обеспечивающих максимальное излучение в одном или двух желаемых направлениях и ослабление в других.

Короткие волны в радиовещании. В целях расширения возможностей радиовещания помимо диапазона волн 200—2000 м для радиовещательных целей начинают широко использоваться также и короткие волны в пределах примерно 15—60 м, а также ультракороткие волны от 5 до 9 м. Коротковолновые радиовещательные станции предназначаются гл. обр. для передачи радиовещательных программ на очень далекие расстояния, т. е. для организации мирового радиовещания. В настоящее время имеется уже значительное количество радиовещательных радиопередатчиков на коротких волнах. Наиболее замечательные результаты в коротковолновом радиовещании достигнуты от коротковолновых радиовещательных станций, использующих направленные антенны для повышения общего эффекта на приеме. В Англии в Давентри в 1932 г. и в Германии в Цеезене в 1934 г. окончены постройкой узловые коротковолновые радиовещательные станции с несколькими передатчиками и направленными лучевыми антеннами. Длины рабочих волн, их число, а также количество направленных антенн и их вид на этих радиостанциях выбраны с таким расчетом, чтобы они могли обеспечить оптимальные условия приема во всех намеченных зонах, причем в вечернее время для той зоны, в которой прием будет производиться. В Давентри для реализации этих условий в 5 зонах, представляющих собой территории отдаленных английских колоний, взяты 8 волн и столько же лучевых антенн и 5 передатчиков. В Цеезене для обслуживания 4-х намеченных зон выбраны 5 волн и установлены 8 лучевых антенн с различной направленностью. Все 4 зоны обслуживаются только двумя 20 kW-ными передатчиками, перестраиваемыми и приключаемыми к различным антеннам в определенной, заранее выбранной последовательности. В дальнейшем нужно ожидать значительного количественного развития этого вида радиовещательных станций. При циркулярной, ненаправленной передаче радиовещательных программ на коротких волнах для улучшения приема на далеких расстояниях применяют антенны, дающие максимальное излучение в вертикальной плоскости под углом 10° к земле, т. е. излучение, прижатое к земле. Прижатое к земле излучение обеспечивают многоэтажные антенны, т. е. несколько элементарных антенн - диполей, расположенных одна над другой. В Англии для этих целей применяют вертикальные антенны с обходным проводом по системе Франклина (фиг. 8), обусловливающие по всей своей длине равномерное распределение тока.

В Англии для этих целей применяют вертикальные антенны с обходным проводом по системе Франклина

В Германии в Цеезене применены горизонтальные антенны, расположенные одна над другой (фиг. 9).

В Германии в Цеезене применены горизонтальные антенны, расположенные одна над другой

В каждом этаже применено по 2 антенны, расположенные квадратом и питаемые таким образом, что токи во всех отдельных проводах антенн в этом квадрате направлены в одну сторону. Эта антенна дает почти круговую горизонтальную характеристику направленности с концентрацией максимума излучаемой энергии в вертикальной плоскости под углом 10°.

Радиовещания на ультракоротких волнах и радиовещательная телевизия. Ультракороткие волны (УКВ) предназначаются гл. обр. для подвижной репортажной службы местного значения, для организации местного высококачественного по передаче радиовещания с полосой пропускаемых частот до 40 kHz и телевизионных радиовещательных передач, требующих очень широких частотных полос до 1000 kHz.

radioveshanie 10

Для организации регулярных телевизионных передач УКВ особенно целесообразны, потому что они, давая возможность использовать для приема широкие частотные полосы, ограничивают прием только поверхностной волной, следовательно не обнаруживают мертвых зон, зон замираний и каких-либо изменений в распространении в различное время суток и года. Экспериментально установлено, что сила поля, даваемая передатчиками УКВ, м. б. с хорошей точностью рассчитана по формуле

radioveshanie f3

где Е - напряженность поля в V/м, Р - мощность передатчика в W, r- расстояние по прямой в м, определяемой высотой передатчика radioveshanie f4, radioveshanie f5 - затухание волны на 1 км за пределами прямой видимости. Обозначения для r и d ясны из фиг. 10:

radioveshanie f6

где                       

radioveshanie f7

Величина затухания УКВ за пределами прямой видимости при ровной местности, как установлено экспериментально, равна 0,1. УКВ дают хороший прием при использовании их для радиовещания в городе. Для городских условий поле может быть рассчитано по более простой формуле

radioveshanie f8

Смысл обозначений, принятых в этой формуле, ясен из фиг. 11.

radioveshanie 11

Величина затухания, обусловливаемая здесь окружающими место приема зданиями, как установлено опытами, находится в пределах 0,01—0,09. Опыт также показывает, что хороший для радиовещательных целей прием при УКВ обеспечивается уже полем 1 mV/м как в черте города, так и за городом, причем удовлетворительный прием м. б. получен и при более низких полях до 200 мкV/м. Городские электрические помехи на прием УКВ оказывают совершенно ничтожное влияние. Помехи лишь обнаруживаются со стороны автомоторов на расстоянии от 15 до 25 м. Сила поля на приеме зависит в сильной степени от высоты расположения передатчика. На фиг. 12 показаны кривые силы поля в зависимости от расстояния для мощностей передатчиков в 1, 4, 9 и 16 kW при различных высотах h расположения передатчиков над землей.

radioveshanie 12

Также большое значение имеет и высота приемника над землей. На фиг. 13 показан характер увеличения поля с высотой для волн а) больше 200 м и б) меньше 10 м. В настоящее время в ряде стран приступлено к проектированию сети радиовещательных УКВ передатчиков.

radioveshanie 13

В Англии для этих целей предположена установка большого количества передатчиков (до 100) мощностью 0,5—7 kW. В Германии по данным Министерства почт и телеграфов предположено для перекрытия всей германской территории установить 21 передатчик мощностью от 2 до 20 kW при высоте их расположения от 500 до 1500—2500 м, пользуясь высокими местными точками.

Имеется большое количество предполагаемых вариантов организации передач озвученного телевидения. Наибольшим признанием пользуется вариант с распределением частот, показанным на фиг. 14.

radioveshanie 14

По этому варианту предполагается установка двух передатчиков, несущие частоты которых отличаются на 1800 kHz. Один передатчик для передачи звукового материала, с полосой 50 kHz, другой для изображения с частотной полосой 1000 kHz. Прием осуществляется с одной антенны на супергетеродин. Частота общего гетеродина создает 2 промежуточные частоты (1200 и 600 kHz) для приема отдельно звука и изображения. Следовательно, общий канал занимает полосу 2400 kHz.

Только в диапазоне 5—10 м можно в одном месте расположить 12 телевизионных передатчиков с такой широкой полосой; так как для УКВ характерно резкое уменьшение поля, то возможность взаимных помех за пределами слышимости в данном месте также резко уменьшается. В каждом городе, удаленном на определенное расстояние (очень небольшое), могут работать передатчики на одних и тех же волнах, не оказывая взаимных помех. Этих возможностей нельзя реализовать ни в каком другом диапазоне, используемом радио, ни в проволоке. В этом - большое значение УКВ для будущего развития радиовещания.

Передающая радиовещательная система охватывает всю аппаратуру от микрофона до антенны передатчика. Примерная схема передающей системы в том виде, в каком она обычно организуется в большом радиоцентре для одной линии радиовещания и одной студии, показана на фиг. 15,

Передающая радиовещательная система

где I -общественное помещение, передающее программу, II - студия, III - центральный радиоузел, IV - местный радиоузел; 1 - микрофон, 2 - усилитель, 3 - реле, 4 - коррекция микрофона, 5 - контрольный репродуктор, 6 - индикатор громкости, 7 - главный студийный усилитель, 8 - компенсатор микрофонного тока, 9 - кенотронный усилитель, 10 - главный усилитель, 11 - коммутатор программ, 12 - линейный усилитель, 13 - линии междугородные и местные, 14 - радиопередатчик. Основные элементы этой системы следующие: 1) Микрофон. 2) Студия и находящаяся в ней аппаратура: а) предварительный усилитель к микрофонам, б) студийный основной усилитель, в) аппарат для контроля качества передачи, г) индикатор громкости на выходе из студии. 3) Трансляционный узел: а) главный усилитель, б) коммутационное устройство, в) аппараты для контроля передачи, г) усилитель для передач, идущих с линий, д) индикатор громкости на выходе из центра. 4) Линии: а) соединяющие узел с передатчиками, б) узел с залами и другими местами, откуда черпается передача, в) с междугородной станцией. 5) Радиопередатчик: а) аппараты для контроля передачи, б) усилитель, в) индикатор громкости, г) передатчик, д) антенна. Вся эта аппаратура кроме специальных требований, предъявляемых к каждому из ее звеньев в отдельности, должна воспроизводить и передавать звуковой материал, подводимый к ней в том или ином виде, с минимумом всякого рода искажений - амплитудных, частотных, фазовых, - не должна вводить посторонних звуков и шумов.

Звуковой материал, передаваемый в порядке радиовещания, очень сложен по своему характеру. На фиг. 16 показана диаграмма полосы частот, требуемой для передачи голоса и музыки без частотных искажений: для речи эта полоса - в среднем от 30 до 12000, для музыки - от 30 до 16000 Hz.

Диаграмма полосы частот, требуемой для передачи голоса и музыки без частотных искажений

Однако переуплотненный эфир не позволяет полностью передавать эти полосы; желательно ограничение верхнего предела звуковых слагаемых частот передач. Для передачи речи здесь имеются большие возможности, чем для музыки. На той же фиг. 16 показаны цифры процента разборчивости речи при срезывании верхних участков звуковых частот. Как это видно из фиг. 16, разборчивость понижается очень незначительно (на 8%), если верхним пределом звуковых частот, пропускаемых аппаратурой, будет установлена частота 5000 Hz.

Спектры частот мужской речи

Из фиг. 17, где даны спектры частот мужской речи, и фиг. 18, где приведен спектр буквы S, можно видеть, что разборчивость уменьшается за счет ухудшения качества передачи свистящих и шипящих звуков. Качество же музыкальных исполнений значительно снижается при верхнем пределе в 5000 Hz, ряд музыкальных инструментов при этом почти уже не передается или передается с большими искажениями.

Спектр буквы S

Однако эти искажения заметны только для музыкальных лиц. В соответствии с изложенным радиовещательную систему, дающую однообразное воспроизведение в пределах 5 децибел от 50 до 8000 Hz, считают системой с высоким качеством воспроизведения. Среднее качество характеризуется воспроизведением полосы от 100 до 5000 Hz в пределах 5 децибел или 50—8000 Hz при 10 децибелах. Низкое качество - с 200—2000 Hz в пределах 5 децибел и 100—4000 Hz в пределах 10 децибел. Современное радиовещание в большинстве случаев обеспечивает среднее качество воспроизведения, и только в настоящее время ведется работа по доведению качества передачи до высокого уровня.

Микрофоны. Основными типами микрофонов, применяемых в радиовещании в настоящее время, являются: 1) угольные микрофоны, получившие в Европе и в СССР наибольшее распространение, 2) конденсаторные микрофоны, 3) с подвижной катушкой (динамические), 4) ленточные, или скоростные, и 5) кристаллические. Первые 3 вида микрофонов применяются в радиовещании уже давно, два последних появились в самое последнее время. В ленточном микрофоне в качестве мембраны применена очень тонкая дюралюминиевая лента, подвешенная ребром в поле постоянного магнита. В кристаллическом микрофоне использован пьезоэлектрической эффект сегнетовой (рошелевой) соли. На фиг. 19 показаны кривые воспроизведения лучших американских микрофонов этого вида.

Кривые воспроизведения лучших американских микрофонов

Ординаты на фиг. 19 дают волновую восприимчивость - напряжение, даваемое микрофоном при работе от одной единицы акустического давления в плоскости свободно поступательной волны (значения кривых на фиг. 19: 1 - угольный микрофон Вестерн, тип 387, 2 - конденсаторный RCA-Victor, тип 4А, 3 - с подвесной катушкой 618А, 4 - ленточный 44А). Наиболее удовлетворительные кривые обеспечивают два последних типа микрофона. Кристаллический микрофон совершенно не обладает направленными свойствами, что при некоторых передачах играет очень важную роль. В Америке (данные середины 1933 г.) в студиях наибольшее распространение имеет конденсаторный микрофон (в 60% случаев), далее угольный (в 27%), ленточный (в 13%). По всей сети радиовещательных станций находят применение угольные микрофоны - 11%, конденсаторные - 64%, динамические - 16% и ленточные - 9%. В СССР наибольшее распространение пока имеет угольный микрофон.

Студийная техника. Опыт показывает, что качество воспроизведения микрофонов в очень сильной степени связано с акустическими свойствами помещения, в котором происходят передачи, - с пространственной акустикой. Положение осложняется тем, что при передаче в том виде, в каком она сейчас осуществляется в радиовещании, совершенно выпадает бинауральный эффект, имеющий место при непосредственном восприятии слушателем исполняемого, т. е. восприятии исполняемого одним звукоприемником, а не двумя (уши человека). Благодаря этому слушатель теряет звуковую перспективу, не ощущает пространственной протяженности. При восприятии же звукового материала из помещений, наполненных публикой, отсутствует психологическая отстройка от посторонних шумов и звуков, обычно имеющая место у каждого человека при непосредственном нахождении в зале и выражающаяся в том, что человек может сосредоточить все свое внимание только на исполняемом. В свете сказанного чрезвычайную роль даже при пользовании самыми хорошими микрофонами играет правильное их расположение в студии или зале и применение их достаточного количества для восприятия всего комплекса звучаний, исходящих из разнообразных источников, находящихся в разных точках, и невосприятия всего постороннего. Изучение правильного расположения микрофонов относительно источников звука, распределения источников звука, если это возможно, акустических свойств студий, включая распределение поглощающих материалов для получения определенной величины реверберации и подбора нужного соотношения между временем реверберации и частотой и т. д., составляет предмет студийной техники. Существует два различных вида восприятия звуков микрофоном в студии: 1) прямое восприятие при малых расстояниях между микрофоном и источником звука и 2) реверберационное восприятие, когда прямой звук мал по сравнению со звуком, отраженным от стен. Прямое восприятие имеет место при сольных выступлениях, а также выступлениях небольших групп исполнителей; реверберационное восприятие - при оркестровых исполнениях больших ансамблей, органа, хора и т. д. Хотя статистика и показывает, что на прямое восприятие приходится большое число часов радиовещательных передач (по американским данным до 65%), наибольшее значение имеет в радиовещании реверберационное восприятие. Техника последнего значительно сложнее, чем прямого восприятия. В студиях в отличие от пространств, не ограниченных стенами, звуковая энергия заполняет помещение не сразу, а в течение некоторого времени, точно так же звучание не сразу прекращается по исчезновении звука. Явление остаточного звучания, действующего после прекращения звука в закрытых помещениях, носит название реверберации. Величина реверберации является основным фактором в оценке акустических свойств студии и зала; она определяется из уравнения radioveshanie f9 где R – реверберация в сек. (затухание звука до 10—6 в первоначальной величины), а - поглощение на 1 м2, S - площадь ограничивающих поверхностей помещения и V - объем помещения. Для каждого помещения величина реверберации д. б. правильно подобрана. Оптимальная реверберация дает впечатление полноты звучности, малая делает звук глухим и пустым, большая дает гулкость. Величина оптимальной реверберации каждого помещения зависит от объема помещения, от мощности и характера исполнения. На фиг. 20 даны ориентировочно величины реверберации (для студий) в зависимости от объема помещения, полученные на основании опытного материала.

Величины реверберации (для студий) в зависимости от объема помещения, полученные на основании опытного материала

Реверберация также зависит и от частоты вследствие того, что коэффициент поглощения а является функцией частоты. Каждая студия имеет свою собственную частотную характеристику.

radioveshanie 21

На фиг. 21 даны типичные кривые прямого 1 и отраженного 2 звучания (кривая 3 - полный звук), а также коэффициент поглощения (кривая 4) в зависимости от частоты для радиовещательных студий. Отношение звуковой энергии отраженных волн к прямой ER/E для студии м. б. определено из уравнения

radioveshanie f10

где кроме D обозначения прежние; D - расстояние между источником звука и микрофоном. Если микрофон имеет ту же чувствительность для отраженных и прямых звуков, то R для всех частот д. б. одинаковым. С другой стороны (по исследованиям Мак-Нэра), для получения оптимальной реверберации важно, чтобы звуки различных частот затухали по громкости в той же самой степени, следовательно, время реверберации должно расти с увеличением частоты ниже 1000 Hz. Лучшим компромиссом для примирения этих двух требований является подбор времени реверберации по Мак-Нэру и компенсации резко выраженной частотной характеристики студии коррекцией в усилителях.

Студии, используемые для радиовещания, акустически обрабатываются очень тщательно с применением ряда специальных поглощающих пористых материалов: целотекс, массонит, минеральная шерсть, вата и т. д. Очень часто облицовочные и поглощающие акустические материалы применяются в сочетании с материей, свободно висящей на некотором расстоянии от стен. Поглощение может изменяться в широких пределах изменением расстояния между материей и стенами или раздвиганием материи. Современные студии строятся в зависимости от назначения их всевозможных видов и размеров. В табл. 3 даны основные нормы для пяти студий малых и средних размеров, принятые в СССР.

Основные нормы для пяти студий малых и средних размеров, принятые в СССР

Германские нормы на радиовещательные студии отличаются лишь незначительными деталями от наших, так например, по германским нормам требуются большие высоты потолка, например, для студии третьего типа высота требуется до 6 м. Для больших ансамблей требуются большие студии. Время реверберации в них доходит до 2. На фиг. 22 показана типичная студия для оркестра в 40 чел.

Типичная студия для оркестра в 40 человек

В США принято часто следующее соотношение между высотой, шириной и длиной студии: 2:3:5 как оптимальной и с акустической и с эстетической точек зрения. Студии в крупных радиовещательных центрах для облегчения их обслуживания концентрируются в одном специально устроенном помещении - Радиодоме. В Лондонском радиодоме расположены 22 различные студии внутри массивной кирпичной стены, возведенной внутри железобетонного здания; все же подсобные помещения расположены между наружной стеной и этой последней. В Нью-Йоркском радиогородке размещено 35 студий (Национальной радиовещательной компании) от большой студийной аудитории размерами 23 х 39 м и высотой в 3 этажа (до 10 м) до маленькой, приспособленной для одного говорящего. Во всех студиях установлено 250 микрофонов. Каждая из студий соответствующим образом обработана, но некоторые студии пригодны для весьма акустически различных целей. Реверберация, а также резонанс в последних по желанию м. б. изменены в очень широких пределах простым нажатием кнопки в смежной контрольной комнате. Изменение акустических свойств совершается специальными листами поглощающих материалов, передвигаемых по специальным направляющим маленькими моторчиками. Малые студии представляют собой в действительности комнаты внутри других комнат, подвешенные над междуэтажными перекрытиями с помощью стальных пружин, обвитых войлоком. Т. о. полы этих студий, покрытые линолеумом, как бы «плавают» в пространстве. Стенки и потолки этих «плавающих комнат» сконструированы из специальных огнеупорных звукоизолирующих материалов (минеральная шерсть, асбестовый перфорированный картон и т. д.). В студиях поддерживается постоянное давление и температура, для чего создана специальная вентиляционная и нагревательная система (наибольшая в мире). В Берлинском радиодоме имеется 15 студий, обслуживающих 3 передатчика.

Усилители и контрольные приборы. Главные усилители, применяемые в радиовещании, должны удовлетворять следующим требованиям: 1) частотная их характеристика д. б. постоянной в пределах до 2 децибел до 8000 Hz (в Америке до 10000 Hz); 2) они должны давать на выходе мощность до 10—15 W; 3) они должны обеспечить необходимый диапазон усиления амплитуд от 3 до 40 децибел без искажений; 4) они должны давать возможность контроля работы и усиления во время действия. Обычно они имеют 2 или 3 каскада. Полное питание их в последних вариантах осуществляется от переменного тока, для чего в них применяются в предварительных каскадах подогревные лампы. Для контрольных целей употребляют отдельные т. н. контрольные усилители с очень высоким качеством воспроизведения (более высоким, чем рабочие усилители).

В американских радиоузлах применяются усилители с частотной характеристикой от 30 до 14000 Hz в пределах до 2 децибел, включая и репродуктор. Выходная мощность его 10 W, при пиках он дает усиление без искажений для мощности 25 W. Общее усиление его 40 децибел. В предварительных каскадах его применены высокочастотные пентоды со схемой переходов с сопротивлениями, в оконечном каскаде - триоды пуш-пуллом.

Схема типового индикатора громкости, применяемого в радиовещательном тракте, показана на фиг. 23. Постоянные цепей в этой схеме подобраны так, что величина максимального отклонения показывает среднюю мощность в произносимом слоге. В настоящее время на контроле находят применение весьма совершенные рекордеры уровня громкости, позволяющие очень точно устанавливать необходимый для хорошей передачи уровень громкости. В Америке и Германии в эксплуатации студий применяются автоматически действующие ограничители громкости, избавляющие передачу от перемодулирования.

Схема типового индикатора громкости, применяемого в радиовещательном тракте

Линии, соединяющие узел с передатчиком и узел с местом, где установлен микрофон, если передача идет не из студии, играют чрезвычайно важную роль в общем радиовещательном передающем тракте. Эти линии должны пропускать полосу частот от 50 до 8000 Hz. Их выполняют в виде подземных кабелей, которые в большинстве случаев этим условиям удовлетворяют. Значительно хуже дело обстоит с междугородными линиями, соединяющими передатчики, находящиеся на далеком расстоянии друг от друга, для радиовещания одновременно на нескольких передатчиках. У нас эти линии удовлетворяют следующим условиям: полоса пропускаемости 135—5000 Hz (полоса для коммерческой телефонии 300—2000 Hz), переходное затухание между соседними линиями 7 непер, трансляции на расстоянии 150 км. В Америке эти нормы значительно выше. Передача радиовещательных программ в Америке производится как по кабелям, так и по открытым линиям (воздушным), причем обе системы удовлетворяют следующим требованиям: 1) полоса пропускаемости 50—8000 Hz, 2) диапазон громкостей 40 децибел, 3) трансляции на расстоянии от 230 до 400 км. Поглощения в линиях высоких и очень низких частот корректируются специальными схемами уравнителей. В Германии междугородные радиовещательные передачи совершаются с помощью кабелей, но в отличие от других стран, где для целей радиовещания имеются отдельные кабели, здесь в магистральных телефонных кабелях имеются в центре 4 заэкранированные жилы, дающие верхний предел пропускаемости частот 9500 Hz, а в новых кабелях до 11500 Hz. Трансляции устанавливаются на расстояниях в 72,5 км. Если эта длина почему-либо не выдерживается, включаются искусственные корректирующие линии. Для измерения пропускаемости имеется аппаратура (Сименс-Гальске) для автоматического снятия частотной характеристики, а также рекордеры уровня передачи.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Доп. том - 1936 г.