广播电声基本知识.ppt

广播是一种传递声音信息的大众传播媒介，而电视是一种以传递声音和图像信息为主的大众传播媒介，为了能够良好地完成传播声音和图像，必须借助于一个庞大的广播系统和电视系统来完成。,第一章 广播电声基本知识,1.1什么是广播电视系统听声音和看图像是人们接受外界信息两种最重要的手段，但是声音和图像都有一个共同的特点：很容易受到空间的限制，无法传递得很远，也无法克服时间的约束，呈现“稍纵即逝、不可逆转”的特点我们不可能听到很远的声音，看清很远处的图像：更不可能听到、看到已经逝去的声音和图像。而听到远处的、过去的声音；看到远处的、过去的图像恰恰是大众传播的任务。因此，需要研究一种方法，使声音和图像的传递能够克服时空局限。1839年8月15日，照片的出现使人们第一次能够实现影像的记录和保存，使之克服了时间的限制。进入二十世纪以后，伴随着电子技术的进步，人们发现，把声音和图像转化为电信号，很容易进行各种处理。例如：人们至今没有找到一种有效的直接扩大声音的方法，而把声音转化成电信号后，要进行电信号的放大却是有很多方法，而且非常简单。,广播电视系统是建立在原始声(像)场和重放声(像)场之间的许多广播电视器材的总称，它们之间互相配合，目的在于良好地传递广播电视信息。,因此，一大批存储和传输声音、图像的器材相继被发明。如：传声器、录音机、摄像机、录像机、广播电视发射机、收音机、电视机等，最终出现了对现代生活有重大影响的广播和电视系统。,1.1 广 播 系 统 现在，通过三个例子，来看着声音信息是如何克服了空间、时间的局限，良好地传递给听众。,、空间局限的克服 在一个万人大会的现场，无论发言人的声音多么洪亮，远处的听众是没法听清他的讲话，这反映出声音受到了空间的局限，这时一个扩音系统是必不可少的。下面用方框图的形式，介绍扩音系统的构成：,图1 扩音系统的构成,在这一过程中，声信号首先被传声器转化成电信号，经扩音机将电信号放大后，再由扬声器把放大后的电信号转化成声信号，此时，重放声场的声音比原声场的声音大得多。,、时间局限的克服 一场精采的音乐演奏会，错过了演奏的时间，完全没有办法听到；如果事后再想听一次，这同样是不可能的。这反映出声音受到时间的绝对限制。这时就要用到录音系统。,图2 录音系统,由于电信号也受时间的局限，因此在这个录音系统中，电信号还要把信息转化成胶片上的银粒密度、磁带中的磁性强度和机械形状的信息，因为这些载体能够长时间保持性质基本不变，使信息得以超越时间的局限保存下来。但由于电信号在处理上的简便，声音信号还是首先被转化成电信号 磁性存储物是人们最熟悉的，如：磁带还有现代广泛运用的磁盘、磁光盘等；光学存储主要是电影胶片的录音；机械存储常见的有：LP唱片、CD唱片等。,由上面的两个例子可以看出，声音信息在一些广播器材的帮助下，实现了从原声场到重放声场的传输。在这种传输过程中，声音信息被不断转化到其它的载体中，利用其它载体装载信息特点，最终克服了时空的局限。,1.1.3 广播系统节目的传输,在广播系统中，长距离传输广播节目的方法有两种：有线传输和无线传输。,在广播系统中声音通常先被转化成电信号。电信号要向很远的地方传输，可以使用很长的电缆线，就象长途电话系统一样，这就是有线广播系统。其优点：信号保密性好、传输质量较高、抗干扰。其缺点：每一个用户都必须有一条专线到达他的家中，用户在接收信号时也不能随意移动。大量布线不仅耗资大，而且使用起来总是不自由。在复杂地理条件下，布线也是一个困难。,(1)有线传输,(2)无线传输,该种方法是把电信号转化成无线电波信号，利用无线电波可以在空间自由传输的特点，向广大空间的任意位置传播。只要接收地点的电波强度足够，就能收到信号。这是一种最有效的长距离传输方法。,1.1.4 无线广播系统无线广播系统是利用无线电波的特性，实现超长距离的声音传输。,图3 无线广播系统,在这一过程中，声音信号先由传声器转化成电信号，再由广播发射机天线转化成无线电波，到用户端时，收音机的天线又把无线电波变成电信号，最后由扬声器变成声音。,在广播系统中，主要的器材有以下几类：1、声电信号转化器材：传声器；2、记录、存储、重放器材：磁带(盘)录音机、模拟唱机、数字唱机(CD)等；3、处理、放大器材：扩音机、调音台、音频编辑器及各种音效处理器等；4、电声转化器材：扬声器及音箱5、信号发送、传输器材：无线电发射机、发射天线、接收机、接收天线等。,1.2 无线电波的发射与接收,1.2.1 什么是无线电波,电磁波是由电场部分和磁场部分组成，当它在空间中传播时，会有传播路径上形成电场的波动和磁场的波动，二者互相垂直，能量互相转化。它在任何条件下都能传播，即使是在真空中。它的传播速度是自然中最快的，每秒30万公里：它的频率范围是从0HzHz，而无线电波就是其中的一个频率段。,无线电波是电磁波的一种.,图20 电磁波的家族,从图中可以看出，无线电波是电磁波中的3K300GHz这一段.(1K1000Hz；1M1000K；1G1000M).它与可见光、红外线之类的波同属于电磁波的一种，只不过频率高低不同。,1.2.2 波的基础知识,波是一种运动的形式，它表现为质点在其平衡位置做周期性往复运动。波是自然界中一种最本质的运动形式，广播电视系统中涉及到的每一个物理量：如声波、光波、无线电波、电磁波都是一种具体的波，在种种器材中所处理的电信号，也是呈现波的运动形态，可以说：波这种运动形式是贯穿于广播电视系统的全过程。因此了解它们的共性波的品质，是很重要的内容。,(1)波的五个要素 懂得如何描述波的特性是认识波的关键。下面以一个正弦波为例，看看它有哪些重要的要素。,这是波的振动图像，从图中可以容易看到波的振幅和波长,这是波的波动图像，从图中可以容易看出波的频率,图5 波的五个要素,波的描述可以用五个量来表达：,1、频率(F)：它表示这列波在1秒内，在其平衡位置上振动几次。单位为Hz；从上面 波的 波动图像中可以看出，这一列波的频率为1Hz；2、波长()：它是波在一个运动周期内走过的路程，例子中这一列波的波长是1 米；3、波速(V)：波速等于波长频率,例子中这一列波的波速是1米/秒；,4、振幅(A)：振幅是质点能够偏离它的平衡位置的最大距离。例子中这一列波的振幅是1米；5、相位()：相位是用来表达波的每个时刻的振动状态，一个周期的相位为360度。(两列波的频率、振幅、波长均一样时，仍有可能是不同性质的波，这是因为它们的相位可能不同，可以从比较两列波在同一时刻的点的相位看出来)。,例如：上图中是一列与图5中频率、：振幅、波长完全相同的波，但它的起始点相位是180度，因此它是不同的一列波。两列波相位差180度，它们就是反相波。若它们的相位差为0度，即相位相同，我们称它们为同相波。,二、波的传播特点,当两列波相遇时，两者会发生叠加，变成一列波，此时两列波会逐点进行相加，若两个点的振幅方向不同，相加的结果是振幅减小。,例如图5的波与另外一列与之完全相同的波相遇时，会变成一个振幅为2米的波，这是波的加强；但图5的波与图6的波相遇时，会变成一列振幅为0的波，这时两列波发生反相抵消，若图5波振幅大于图6波的振幅，会出现一列振幅较小的波，相位和图5(振幅大的波)相同。,若两列频率不同的波相遇时，二者也会逐点叠加起来，只不过变成较为复杂的波。,有一个重要的特性是：叠加后的波在适当的条件下(遇到分频器)，还可以重新还原成原来的两列波。这种性质对于在同一条电缆线上传输多路信号有很大的意义。也使得频率变成一种资源。,波在遇到障碍物时，会发生反射。反射的性质和人们熟悉的光的反射道理一样。,波在遇到障碍物时，还会发生衍射现象，即它可能绕过障碍物。绕过的程度与下面一个因素有关：波长与障碍物尺寸的比较。,当障碍物的尺寸与波的波长相近或小于波长时，波可以绕过它，就象没有障碍物一样，随着障碍物尺寸增大，波越来越难通过，当障碍物尺寸远大于波长时(一般为10倍波长)，可以认为波不能通过，在障碍物的背后将出现“阴影区”。这种性质对于波在空间中的传输同样有重要的意义。,当波在传播中遇到一个小孔时，只要波长远大于小孔的直径，此时的小孔相当于一个点声源，波能向前传播。,1.2.3 无线电波的波段划分,在这些频段中，有一部分是专用于广播电视的。我国的广播电视波段（频段）划分如下：,备注:VHF-I段和VHF-III段也称VHF-L段和VHF-H段。,打开收音机或是电视机，远在万里之外的节目就来到用户的家中，这靠的是无线电波的传递，那么这个过程是如何进行的呢?要更好地接收各种波段的节目，必须掌握无线电波的传输方式。,1.2.3.1 无线电波的传输特性,无线电波在空间中传播有许多种方法，最常见的是三种：地波、天波和空间直线波。,地波是无线电波沿着地球表面进行的一种传播方式。,（1）地波,地波在传播中有两个特点：A、受地形影响大。地面上有起伏的山峰、树林、楼房，这些都是地波在传播中的障碍物；B、随着传播距离的增大，地波会被地球吸收，强度会逐渐减弱，就象水不断渗入地下一样。地球的吸收能力与电波的频率有关，频率越高，吸收越强。根据上面两个特点，可以看出地波是适合于中、长波的传播。中、长波的波长长，很容易绕过地面上的障碍物，而且地球的吸收作用较小；而短波和微波，波长很短，不易绕过地面上的障碍物，这样就影响了传播的范围，加上地球的吸收作用强，因此，这些高频率的无线电波只能在电台附近收到地波。,（2）天波,天波是无线电波经过电离层反射后到达接收点的一种传播方式,地球的大气层由低到高分成对流层、平流层和电离层。其中电离层处在最高一层.这个电离层对无线电波的反射上，有一些独特的性质。,电离层：从地球上空60公里以上开始，一直延伸到大气层外缘几千公里高度的空间内，大气层中的空气分子受太阳辐射的紫外线和X射线照射后，一部分气体分子被电离，形成电子、正离子和负离子。这部分空间称为电离层。根据电离的程度，电离层又可分为几层。白天有三到四层存在，按其高度排列为D、E、F层或D、E、F1、F2层，在夜间，D、F1层消失，只有E、F2层存在。,电离层的特点:,1、它的反射程度与的无线电波的频率有关，对于短波段，它有最好的反射作用。比短波频率高的无线电越来越容易透射，相反比短波频率低的无线电波会越来越容易吸收；2、电离层的高度和厚度经常会随着阳光的变化而变化，这会造成反射能力的改变；3、电波的入射角度要有一定的大小，太垂直的电波也会透射。,根据以上的性质，在广播的接收上会有如下几个特点：,A、短波可以传递很远的距离 电离层的高度很高，所以短波一上一下可以走很远的距离，而且短波还可以在电离层和地面之间发生多次反射，这样就有可能跨越大半个地球。例如：南极圣乔治岛的科考人员，就曾用短波和万里之遥的北京实现通信。,B、短波的收音容易忽大忽小 由于电离层总是处在不稳定的状态，它的高度、密度、厚度会波动，这会影响短波接收时的信号强弱，反映到收音时就是声音忽大忽小。,C、夜晚中波电台增多 由于中波主要是靠地波进行传播，但它又不如长波的传输能力强，一般只能传播几百公里左右。所以中波电台总是从附近的地区传来的。但有一个现象是，每到夜晚，中波电台会明显增多，一些遥远地区的中波电台也能被接收到。这是因为，此时的中波电台是靠天波传来的。到了夜晚，电离层由于没有了阳光的照射，高度升高，密度下降。此时对于中波的吸收作用减弱，反射能力增强。遥远地区的中波电台，此时便得以大范围传播。,D寂静区,天波和地波都能进行无线电波的传输，但是天波的反射要大于一个最小的角度才能进行，这样当电离层把电波反射下来时，只有B点以外的地区才能收到。比B点近的区域，天波是不能完成传播的。此时可以用地波进行传播，但对于短波而言，地波的传播范围是很有限的，也许只能传到A点，这样，在A、B之间不远不近的地区就不能听到这个电台的广播，这个区域称为“寂静区”。,（3）空间直线波,空间直线波是任何无线电波都能进行的一种传播方式，即传播路径上没有障碍物，波沿着直线到达接收地点。这种传播也称是“视距传播”，即看的见就传得到.,对于比短波波长还要短的无线电波(如微波等)而言，天波和地波都不适合它的传播，此时它只能用最简单的一种传播方式：即空间直线波。,由于地球是个球体，地面实际上是弯曲的，以直线的方式当然不能传递很远，所以这种传播方式的最大传播距离一般在50公里以内。到底能传多远，一是看传播路径上有无障碍物；二是看发射台有多高，越高的发射台，就越能使直线波传递越远的距离。因此，平原城市中的电视发射塔都尽可能建得很高，山区的电视发射台(差转台)喜欢建在山上。,电视和调频广播都是用空间直线波进行传播的，因此它们的传播距离很短。而且只要接收地点处在高大建筑物的后面，就可能收不好节目。,我们现在之所以能收到几千公里、几万公里外的电视节目，那是因为有微波中继站的缘故。,微波中继站是用接力的方法，在地面上每50公里设立一个中继站，它的任务是接收上一站以直线方式传来的微波，经放大处理后，再向下一站传递，最终到达很远的地方。,另一种更有效的微波中继站是卫星。卫星的位置很高，比如同步地球卫星，它的高度是36000公里，它的最大覆盖面积大约有13个地球，而且在发射和接收的路径上，往往没有什么障碍物。这样的“中继站”就可以实现越洋的传播，因为在海面上是无法建造大量的微波中继站的。采用卫星转发，地面上建有上行站(发射)和下行站(接收)。,1.2.4 无线电信号的发射与接收,一 无线电信号的发射,(1)信息、信号与载波,信号是信息的载体,比如人的声音信号，它蕴含着讲话内容、歌声等需要表达的信息。声音的频率范围是2020KHz，按一般的信号处理方法，这种声信号被传声器转化成电信号后，电信号的频率也是2020KHz，而且变化规律与声波完全相同；当这种电信号转化成无线电波后，电波信号的频率也是2020KHz，变化规律仍然与声波完全相同，这样就保证的信息的准确性。,载波是信号的载体,但是2020KHz的无线电波是一种频率很低的波，这种波一般能量较小，不适合远距离传输。高频率的无线电波能量大，适合远距离传输，因此，必须使低频率的信号附载在高频率的无线电波中，这样的传输是最有效的。,因此,信息像是货物的使用价值，信号很像是要运输的货物，而载波像是快捷的运输工具。,(2)调制的基本概念,调制与解调是广播电视技术中最重要的技术之一。在传输广播电视信号时，通常要在发送端对信号进行调制，在接收端再进行解调。,调制的定义,将音频信号加载到载波上的过程即为调制。,载波：高频交变振荡信号调制信号：低频交变振荡信号(如:音频信号等)已调波：附载了音频信号的载波,调制的原因,(a)只有将低频信号“附加”在高频载波上才能用尺寸适当的天线进行有效的电磁辐射。,根据天线理论，只有当发射天线的尺寸是被辐射信号波长的十分之一以上时，信号才能实现有效的辐射。一般情况下，要传送的信息频率较低，如音频信号的频率范围为20Hz20kHz。如果不经调制就用天线发射，所需天线的长度将很长。在实际中很难实现。所以要将低频信号“附加”在高频信号上，这时被辐射信号的频率即为高频载波信号的频率，因此就可用尺寸适中的天线进行发射。,(b)通过调制可将各路节目信号在频谱上区分开来。,若不经调制，直接以信号频率进行发射，则各个频道的信号频率范围相同，如音频信号均为20Hz20kHz。这样一来，接收端将无法区分各个频道的节目。若对各个频道的节目采用不同的载波进行调制，就可在频谱上将它们区分开来。,解调的定义,从已调波上将它运载的信息检取出来的过程称为解调。解调是调制的逆过程。,1.3 调幅、调频、调相广播,调制方式可分为两大类，即模拟调制和数字调制。,1.3.1 模拟调制方式,调制信号为模拟信号。主要有调幅、调频和调相三种方式。调制后的信号分别称为调幅波、调频波和调相波。在模拟方式的广播电视系统中用得比较多的是调幅和调频方式，如中短波广播采用了调幅方式，立体声广播采用了调频方式，电视的图像信号采用了调幅方式，而伴音信号则采用了调频方式。,(1)调幅：使载波的幅度按调制信号的规律变化,调幅波的表达式:,从上图中可以看出，调幅波的振幅是随调制信号的变化而变化的。对应于调制信号的最高点，调幅波的振幅最大；对应于调制信号的最低点，调幅波的振幅最小。,需要说明的一点是，调幅波形不是载波信号波形与调制信号波形相叠加的结果，而是两种信号经过非线性电路后重新组合的结果。所以调制是一个频率变换过程，即调制信号和载波信号通过非线性电路产生新的频率分量的过程。,由于调幅波的包络变化反映了调制信号的变化，因此在解调时只需将包络检取出来即可得到原始的调制信号。对调幅波的解调也称为包络检波。,调幅波的频谱:,当用单一频率的调制信号去调制一个高频载波，所得到的调幅波电压由三个分量组成，第一个是载波分量、第二个是下边频分量，第三个是上边频分量,其频谱如下图(a)所示:,若调制信号不是单一频率，而是语言或音乐节目，即音频信号。由于音频信号中通常包含有许多频率不同、幅度不同的信号，也就是说，从频域上看，音频信号是由不同频率成份组成的频谱，所以调幅时，会在载波频率的上下各形成一个由音频信号频谱组成的上下边带，通常称为上边带和下边带，若用 和 分别表示调制信号的最高频率和最低频率，那么这个实际调幅波信号的频谱如下图(b)所示:,由上图可见，调幅后的信号所占的频带宽度为调制信号最高频率的两倍。比如设所传声音信号频谱的最高频率为10kHz，则经调幅后，需占有两倍带宽，即20kHz。,由于调幅广播所用无线电波的波段是中、短波波段，波段的带宽不宽，为了节省无线电波的频率资源，以便能容纳更多的电台，我国规定，一个调幅广播电台所占用的频道宽度只能有910 kHz，即调幅广播的声音信号带宽将不超过5kHz。由于人耳可听声音的最高频率为20kHz，而调幅广播只能传送约5kHz的最高频率，因而所传声音的保真度较差，再加上中、短波广播的抗干扰能力也较差，所以收听效果不够满意。,(2)调频：使载波的频率按调制信号的规律变化,调频波的表达式:,式中，称为调频系数，它表示调频波的最大相位偏移。调频系数与调制信号的振幅成正比，而与调制信号的角频率成反比。,由上图可见，调频波的幅度保持不变，仍为等幅波。但调频波的频率则随着调制信号的变化而变化，并与调制信号的幅度成正比。当调制信号的幅度达到最大时调频波的频率最高，波形最密；而当调制信号的幅度达到最小时调频波的频率最低，波形最疏。,利用数学方法可对调频波的频谱进行分析。通过分析发现，调频波的频谱由载频 和无数对边频 组成，其中n为任意正整数，相邻边频之间的间隔等于调制信号频率，第n条谱线与载频之差为。边频的相对幅度是以调频系数数 为参量的各阶贝塞尔函数，其边频振幅可能超出载频振幅。,不同mf时调频波的频谱:,从理论上说调频波的边频有无限多个，因而频带也为无限宽。但实际上调频波的能量的绝大部分是集中在载频附近的一些边频中。,我国的调频广播标准规定，100%调制时的频偏为 75kHz，即fmax=75kHz。音频信号的最高频率为15kHz，即Fmax=15kHz。则带入上式可得:,我国调频广播标准规定,一套调频广播节目所占的带宽为200kHz。调频波所占的频带宽度要比调幅波宽得多（约大20倍），若放在中、短波波段内传输，则可容纳的节目频道很少，所以调频广播都工作在超短波波段内。超短波波段频带较宽，调频广播电台所传送的音频信号的最高频率可达15kHz，可使所传声音的保真度较高，音质优美动听。另外，可进行调频立体声广播，使收听者能获得立体感、方位感、临场感强的声音。而且调频广播的抗干扰能力强，噪声小，所以声音清晰。但由于使用超短波传输，即以空间波直线传播，所以传输距离较近，覆盖范围不大。,调频广播的特点,调频广播的主要优点:,(a)抗干扰能力强：信号在传输过程中会受到周围环境的工业干扰或其它脉冲干扰，这些干扰多数是以幅度调制的形式存在。由于调频波的幅度保持恒定，与调制信号电压的大小无关，所以，可以在接收设备内设置限幅电路，以消除幅度上的干扰，同时又不会影响到所传送的信息。,(b)没有串信现象：由于调频广播工作在超短波波段（87108MHz），超短波的传播特点是以空间波的方式直线传播，所以调频广播的传播距离比较近，这样不同地区电台间相互干扰的可能性就减少了。,(c)信噪比高：调频广播可以利用限幅方式去除噪声，同时，在调频广播中采取了预加重和去加重技术，因此可以获得较高的信噪比。,(d)能进行高保真广播：由于调频广播工作在超短波波段，所以带宽可以用得比较宽，这样一来音频信号的最高频率可以选用得比较高（如可达15kHz）；而调幅广播由于频带宽度的限制，音频信号的最高频率比较低（5kHz）。因此，比起调幅广播来，调频广播的音质要优美动听得多。另外，由于调频广播的发射、接收系统总的信噪比好，失真小，带宽宽，动态范围大，因此可实现高保真广播。,调频广播的主要缺点:,(a)覆盖范围有限：由于超短波直线传播的特性(即在视距内传播)，使调频广播的服务范围受到很大的限制，它不能象中波和短波广播那样利用天波、地波实现远距离传输和大范围覆盖。为了扩大服务范围，调频广播通常需要把发射天线(或接收天线)架设到比较高的位置。,(b)存在“门限”效应：调频广播系统信噪比好的优点，只能在接收设备接收到的场强高于“门限”值时才能充分得到体现，而在低于“门限”值的接收条件下，信噪比将急剧下降。,(c)多径失真：现代大城市里，高大的钢筋水泥结构的建筑物不断增多，这会造成调频广播电波在传播过程中出现各种反射或多次反射，从而形成多径传输，使接收质量明显下降，尤其对于立体声广播和多路广播来说，影响更为严重。所以，在上述楼房中要想听好立体声广播最好架设室外天线，同时还要尽量避免各种反射波进入接收天线。,1.3.2 调幅、调频接收机工作原理,广播接收机是用来收听无线电广播的设备。广播接收机的工作过程是发射机工作的逆过程。现在的广播接收机大多采用选择性好的超外差方式。原理:将天线接收到的高频已调信号在接收机中变换成具有固定中频的已调信号，然后再进行放大、解调(检波或鉴频)。优点:灵敏度高，选择性好，工作稳定。,(a)超外差式调幅接收机的工作原理及工作过程:,天线：感应空中的电磁波信号并将其转换成电信号；高频调谐放大器：通过改变调谐回路的谐振频率来进行频道选择，同时对所选频道的高频已调信号进行放大；本地振荡器：可自行产生高频信号，且其频率与调谐回路的谐振频率同步改变，且总是比后者高465kHz；混频器(或变频器)：将放大后的高频已调信号与本地振荡器产生的高频信号进行频率混合，并输出二者的差频信号；中频放大器：对混频器输出的中频信号进行放大；检波器：对调幅信号进行解调，恢复原来的音频信号；低频放大器：对音频信号进行放大；扬声器：完成电声转换，并以足够的强度辐射声波。,天线是接收机的最前端，它是接收机中很重要的一环。如果天线对无线电波的接收、转化能力强，就能得到高质量的电信号，进而得到高质量的声音和图像。若这一环节质量不好、得到的信号很弱，后面的处理电路能力再强，也不可能使信号“无中生有”。因此，选择和运用好天线是接收的关键。,常见的几种天线介绍,(1)中波磁性天线,对于中波广播节目的接收，大多采用磁性天线。磁性天线的结构是：中心是一根具有磁性的磁棒，它是用来汇集空间中无线电波的磁场，起到增强信号的作用，在它的外面包裹着线圈。,磁棒中的磁场发生波动，在线圈中就会感应出相应的电流，这样就转化出电信号。线圈的两端和接收机的高频放大部分相连，电信号就送到下一级处理。中波磁性天线的方向性很强。当天线的磁棒方向与电波的传播方向垂直时，接收的效果最好。因此，对于中波电台的接收，应转动收音机的机身，找到声音最大的方向。这个方向就是机内磁棒与电波传输路线的垂直方向。,(2)拉杆天线,拉杆天线是由一组可伸缩的金属环组成。当无线电波遇到金属物质时，其电场部分就会在金属表面感应出电流，这就实现了无线电波信号到电信号的转化。对于短波、调频、电视信号的接收，拉杆天线均可以实现。不过在实际运用中，短波信号的接收是由短波磁性天线和拉杆天线一起完成。,拉杆天线有两种类型：一种是单鞭的天线，一种是双鞭的天线(羊角天线)。这两种天线对信号的增益(放大)作用不同。,单鞭天线增益为1.2dB。它的使用方法是：先改变天线的长度，调到声音最大(天线的长度与电台使用的频率有关，一般拉出的长度等于电台发射频率的14波长为最好。)然后再旋转天线的方向，调到声音最大，此时的电波方向与天线拉杆方向垂直。,双鞭天线的增益为2.4dB。它的使用方法也是先改变天线的长度，调到声音最大；然后再旋转两根天线，当电波方向与两天线拉杆组成的面垂直，声音最大。,(3)八木天线,两种拉杆天线的增益都不高，这对于信号微弱的偏远地区，或是要接收遥远的电台时，声音或图像效果会不理想。此时就应安装室外天线。室外天线的种类很多，这里介绍一种比较常见的类型：八木天线(八木天线是以一位日本人的发明者名字命名的)。它的形状如图所示：,八木天线是由引向器、反射器、半波振子构成，三者的数量相加为单元的八木天线，图中为五单元天线。单元数越高，天线的增益越高。随着单元数的上升，沃线的方向性也越强，一般要配电动转向器来对准不同方向的电波。这种天线的最大增益不超过15dB，一般能满足使用。,常见的八木天线产品：,(4)抛物面天线,卫星广播在信号的传播上有特别的优势，因此被广泛使用。但卫星的地面接收很困难。首先是信号极其微弱。一颗卫星在太空中运行，它的电力来自太阳能电池和自带的少量电池。由于电力缺乏，其信号的发射功率很小，一个转发器的功率在几瓦几十瓦间。同步卫星离地面36000公里，那么这几瓦几十瓦的电波功率到达地面时，是微乎其微的。可以用一盏几瓦几十瓦的灯，放在36000公里远所发出的光来比喻。这样，在接收时就要求有很高增益的天线，抛物面天线就是其中的一种。,抛物面的特点是对于平行的入射波，会将其会聚在它的焦点上。这样，一个面的信号聚在一个点上，强度就大大增强了。(从36000公里远所发出的电波到达地面是时，基本上可以看成平行)抛物面的口径越大，总面积就大，这样会聚的信号强度也大。目前卫星的C波段发射功率,一般用户只需1.52米口径的天线就可以满足信号的高质量接收；对于电视台，为了得到更高质量的信号，天线口径一般为35米、若将来卫星使用Ku频段，加上大功率卫星的运用，有可能使用0.30.5米口径的天线，这时就可以很方便地随处接收卫星节目了。,正焦抛物天线 偏焦抛物天线,为了科学探索超远距的电波信号，还会用到更大口径的天线，甚至用一个山谷为基座建造抛物面。另一种扩大天线面积的方法是用天线阵，即按一定的排列要求，在一空旷处架设多座天线。接收卫星信号的另一个困难是定位。若卫星是移动的，那么地面的接收系统也要按它的运动而不断调节方向。同步卫星没有这么困难，但也要精确定好抛物面天线的指向。,(b)超外差式调频接收机略,超外差式广播接收机的特点是要进行混频，而且混频器的输出总是465kHz，这一频率通常称为中频。进行混频的目的是为了给后续的中频放大器提供一个频谱变化范围较小的信号，这样有利于中频放大器的放大性能。否则，中频放大器要处理的信号频率范围是5351605kHz，很宽，难以保证放大性能良好。,1.4 调频立体声广播,在自然界中，声音是立体的，生活中的声音从各个不同的方向、不同的距离向听者传来，使人产生一种层次分明、具有立体感（方位感和深度感）的声音效果，这就是通常所说的立体声。如：海潮逐浪、林鸟对呜、坐在音乐厅里欣赏交响乐团的演奏.这样就给广播系统提出了一个新的任务：如何在广播系统中传输，使得在重放声场中也能把原声场中声源的不同位置呈现给听众。立体声的研究就是因此而展开的。,立体声的概念,1.4.1 立体声系统的定义,立体声系统：由两个或两个以上的传声器、传输通路和扬声器（或耳机）组成的系统，经过适当安排，能使听者有声源在空间分布的感觉。单声道系统：只由一只传声器拾音（或由几只传声器拾音后混合在一起），经一个传输通路传输后，由一只扬声器或由一组扬声器重放出来。,声音广播技术是建立在声音特性及人耳的听觉特性基础之上的，因此，要了解声音广播技术就必须首先了解有关声音的基本知识及人耳的听觉特性。,1.4.3 声音的基本知识:,(1)声音的产生和传播,声音是由物体机械振动或气流扰动引起弹性媒质发生波动产生的。我们将振动的物体称作声源。随着物体的振动，原处的空气密度及压力随之发生变化。而该处的变化又进一步引起相邻点的空气密度和压力发生变化。这样一点一点相互影响，使起始点的空气密度和压力的变化向其周围空间推进，从而形成了声波。当声波传到人的耳朵，使人产生声音感觉。因此，声音是由物体振动而产生的声波通过听觉器官所产生的印象。,声音必须通过空气或其它的媒质进行传播，形成声波，才能使我们听到。没有空气或其它媒质，我们是听不到声音的，声音在真空中不能传导。在声波的传播过程中，只是把声波振动的状态传播出去，而空气质点只在其平衡位置附近振动，并不随着声波传播到远处去。,(2)声音的基本单位,声波的强弱或大小通常用声压、声功率和声强来表示。,声压：由声波引起的交变压强称为声压，单位是帕（Pa）。1帕为每平方米上1牛顿的压力,即1Pa=1N/m2。较响亮的讲话声的声压约为0.1Pa，雷声的声压约在10Pa以上，微风吹动树叶的声响可小到几千分之一帕到几万分之一帕。使大多数人产生听觉现象的最低声压为210-5Pa，称之为基准声压或参考声压。声功率：声源在单位时间内向外辐射的总声能称为声功率，单位是瓦（W）。声强：穿过垂直于声波传播方向上单位面积内的声功率称为声强，用符号I表示，单位是W/m2。声强与声压的平方成正比关系。基准声强或参考声强为10-12W/m2。,(3)声音的三要素,声音的特性可由三个要素来描述，即响度、音调和音色。,响度：人耳对声音强弱大小的主观感觉称为响度。响度和声波振动的幅度有关。一般说来，声波振动幅度越大则响度也越大。当我们用较大的力量敲鼓时，鼓膜振动的幅度大，发出的声音响；轻轻敲鼓时，鼓膜振动的幅度小，发出的声音弱。,另外，人们对响度的感觉还和声波的频率有关，同样强度的声波，如果其频率不同，人耳感觉到的响度也不同。,音调：人耳对声音高低的感觉称为音调。音调主要与声波的频率有关。声波的频率高，则音调也高。当我们分别敲击一个小鼓和一个大鼓时，会感觉它们所发出的声音不同。小鼓被敲击后振动频率快，发出的声音比较清脆，即音调较高；而大鼓被敲击后振动频率较慢，发出的声音比较低沉，即音调较低。,在音调中，通常被分成高、中、低音段，所谓的高音，指的是5KHz以 上的频率；中音是300Hz到5KHz的区间：低音则是300Hz以下的声波。,音色：音色是人们区别具有同样响度、同样音调的两个声音之所以不同的特性，或者说是人耳对各种频率、各种强度的声波的综合反应。音色与声波的振动波形有关，或者说与声音的频谱结构有关。,音叉可产生一个单一频率的声波，其波形为正弦波。但实际上人们在自然界中听到的绝大部分声音都具有非常复杂的波形，这些波形由基波和多种谐波构成。谐波的多少和强弱构成了不同的音色。各种发声物体在发出同一音调声音时，其基波成分相同。但由于谐波的多少不同，并且各次谐波的幅度各异，因而产生了不同的音色。,例如当我们听胡琴和扬琴等乐器同奏一个曲子时，虽然它们的音调相同，但我们却能把不同乐器的声音区别开来。这是因为，各种乐器的发音材料和结构不同，它们发出同一个音调的声音时，虽然基波相同，但谐波构成不同，因此产生的波形不同，从而造成音色不同。,上图中给出了小提琴和钢琴的波形和声音，这两个声音的响度和音调都是相同的，但听起来却不一样，这就是因为这两个声音的音色不同（波形不同）。,1.4.3 人的听觉定位原理:,人的听觉定位规律：声音在左右两侧，辨认很少错误 对前方水平线上的声音方位辨认最准确，正前方定位差不超过4度 对垂直方位入射的声音，辨认精度远低于水平，一般误差在1015度以上 判断声音的准确度和声音的频率和频谱结构有关，判断复合音比纯音准确；判断突发性声(如：枪声)和移动声源准确度很高。,人耳能够感知的声音频率范围为：20Hz20kHz 20Hz20kHz范围内的声音为可听声，低于20Hz的声音称为次声，高于20kHz的声音称为超声。,（1）双耳效应,双耳效应是1896年由英国物理学家瑞利(Rayleingh)提出的，他认为人之所以能够分辨声音的方向，是因为人有双耳，而且由于它们分布在头的两侧，头起到阻挡的作用。后来这个理论经过半个世纪有关学者的进一步深化，形成如下几条结论：,由于两耳位于头的两侧，偏离中线的声波将在双耳产生时间差；,(a)实验和计算都证明，由于侧向声到达双耳的路程不同，就存在一定的时间差，如：侧向角度只要有3，时差就有30微秒；当声源侧向90度，时差最大，达到8001400微秒。(b)波在传播过程中遇到障碍物时会发生衍射，程度看波长与障碍物尺寸的比例。2KHz的波长是17厘米，它与人的头径相仿，因此2KHz以上的波长，会出现不能良好绕射的现象，这样左、右耳就会出现强度差。低频声由于波长长，不会受到影响。,由于声波存在固有的传输特性，低频声波到达双耳时，会因相位不同而出现强度差。2KHz以上的声波波长小于17厘米，两耳间距大约也是l7厘米，一列这样的波走到左、右耳时不到一个周期，由于波的一个周期内每一点相位不同，强度也不一样，因此，这种差异也是判断声音方位的因素。,正前方和正后方声音没有时间差和强度差，但由于人的头部前后结构不同，特别是耳壳的作用，使人能够辨认前后声。但是对于低频的纯音，人还是很容易判断错误。,（2）耳壳效应,人们在进一步的研究中发现，仅有单耳的人仍然有一定的声源方位判嘶能力，这样就对“双耳理论”产生严重的挑战，至少双耳不是唯一让人能够判断出声源方位的原因。由此人们猜想由于耳壳的上下结构不同，声波反射进入耳道时，会有时间、相位上的差异，这样也能使人判断出方位。实验证明，正是由于这个原因，人们才有能力判断声源的高低位置。但也有人认为，人对高低声源的判断是由于头部的微小转动实现的。对于人为什么能够识别声音的方向，还有很多研究工作要做。,（3）声像定位,人耳的听觉定位原理给了我们一个启示：同样一个声源，只要被分解成具有时间差、强度差的两个部份，就可以造成立体感。因此完全有可能利用两个独立的信号通道，传输和重放这两种信号，最终形成立体声。,1.4.4 双扬声器听声实验,30年代到50年代，许多科学家都在试图揭开立体声的奥秘，其中科学家德波耳的一个著名实验双扬声器实验，奠定了目前使用最广泛的双声道立体声系统的原理。,在双扬声器听声试验中，设两个性能完全相同的扬声器分别为L和R。它们相距一定距离，左右对称地布置在听声者面前，且发出相同频率的声音。L、R和听声者构成一个等腰三角形。,当L和R的音量相同时（相当于声音到达两耳的强度差和时间差均为零），听声者会感到声音是从两个扬声器的中间位置A点发出的，并不感到两个扬声器在发声。A点为虚声源，称为声像。改变其中一个扬声器的音量，比如将L的音量增加(减小)，R的音量保持不变（相当于声音到达两耳的时间差为零，而强度差不为零）。此时听声者会感觉声像由中间向左(向右)偏移。当L的音量增加(减小)到一定程度后，将感觉声像定位于L(R)处。将L向后挪动一定距离，让R的声音先到达，而L的声音后到达，可以同时调大L的音量（相当于声音到达两耳的强度差为零，而时间差不为零）。此时听声者会感觉声像由中间向右偏移。,从双扬声器实验中可以看出：同样一个声音，只要它在左右扬声器发出的声音到人耳时强度差异不同，或是时间差异不同，就可以在两扬声器的连线上具有独特的声像位置。因此，听者可以感受到在两个扬声器之间有一个虚拟的“声舞台”。换句话说：只要控制好录得声音在L、R通道上的强度差、时间差，就可以形成重放声局中的“声舞台”。至此，双通道的立体声系统已经可以实现了。实际中，多使用强度差方式实现立体声效果，时间差方式在立体声广播中没有使用，因为它不便于和单声道系统兼容。,为了获得最佳的立体声效果，理想的方法是