3.5. Звуковая и экранно-звуковая аппаратура Аудиоаппаратура и ее характеристики
Наиболее важными критериями при выборе аудиотехники считаются широта диапазона воспроизводимых частот и выходная мощность усилителя. Техника класса Hi-End - это высококачественные акустические системы, усилитель, эквалайзер, двухкассетная дека, СД-плеер. Она очень дорогая. Аудиоцентр класса Hi-Fi дает хорошее звучание, относительно прост в управлении и существенно дешевле.
Аппараты класса Hi-Fi делятся на три основные группы: миди,
мини и микро.
Миди - крупнее по размеру и строже по дизайну (Sony LBT-A 590, LBT-390, Sharp CMS-R 500 CD и др.); мини - меньше, более «свободны» в оформлении и пользуются наибольшим спросом (Sony FH-G 50, Technics SC-CA 1060, Panasonic SC-CH 72, Technics SC-CH 505, Philips FW 650 C, Sharp CD-S 3460 h, JVS MX-S 50, Aiwa NSX-V 50, Aiwa NSX-V 90, Samsung MAX-555); микро - компактные, в основном однокассетные, но с очень хорошим звуком (Panasonic SC-CH 150, Philips FW 17/21, Sharp XL 12 h, Samsung MM 11). Функционально же и по качеству звука разница аппаратов трех групп невелика, хотя меломаны предпочитают миди.
Акустические возможности современных музыкальных центров весьма широки. Как правило, лучшие модели включают в себя качественные комплектующие и оптимальные сигнальные тракты вплоть до усилителей класса А (минимум искажений и высокая скорость передачи сигнала) и функции Source Direct (отключение при воспроизведении всех корректирующих цепей с целью получения естественного звучания звукозаписи).
В последнее время музыкальные центры миди стали все чаще оборудоваться системой Dolby ProLogic (Technics SC-CA 1080, Technics SC-CH 730, Aiwa NSX-V 90 и др.) для создания эффекта объемного звучания. Этот эффект достигается путем применения центрального и дополнительных тыловых динамиков, а также специальным кодированием звука при записи на компакт-диск; благодаря значительной выходной мощности данные мини-системы могут прекрасно обслуживать малые и небольшие спортивные залы.
Серьезными эксплуатационными преиму-ществами обладает эквалайзер - устройство, позволяющее в зависимости от характера музыки и желания слушателей выстроить частотные характеристики. Самые простые музыкальные центры имеют фиксированные положения: для классики, рока, джаза и т.д., до 6-8 позиций. Графический (с помощью набора полозков на панели) и электронный (устанавливается картинка на дисплее) эквалайзеры оставляют слушателю возможность «организовывать» звук по своему собственному вкусу. Есть программируемые эквалайзеры, позволяющие зафиксировать свои варианты настройки в памяти центра. Кроме того, существуют некоторые интересные эффекты - дополнительный бас (каждая фирма называет его по-своему, скажем, X-Bass, Bass Boost, V-Bass), пространственное окружение слушателя звуком или эхо, эффект стадиона, концертного зала и т.д.
3.5.1. Телевидение
Зарождение телевидения относится к 70-м годам прошлого столетия. Оно неразрывно связано с развитием электротехники и ее практическими применениями, в частности для связи на большие расстояния. Возможность быстрой передачи сообщений на большие расстояния в виде электрических сигналов наводила на мысль об использовании аналогичных принципов для передачи изображение на расстояние.
Первые проекты систем для электрической передачи изображений были предложены вскоре после изобретения телеграфа и относились еще не к телевидению в современном понимании этого слова, а к фототелеграфии. Т.е. передаче единичных неподвижных изображений (чертежей, рисунков и т. п.). Они основывались на использовании химического действия тока и применении различных механических устройств в передающем и приемном аппаратах. Передача сигналов осуществлялась по проводам, принимаемые изображения фиксировать на бумаге.
Фототелеграфия не давала возможности наблюдать удаленные объекты в движении в момент передачи независимо от расстояния и оптических препятствий. т.е. не решала в полной мере задачу видения на расстоянии. Различие между фототелеграфией и телевидением примерно такое же, как между фотографией и кино.
Телевидение, или видение на расстоянии за пределами непосредственного зрительного восприятия объектов человеком, могло быть осуществлено на основе преобразования света в электрические сигналы. Принципиальная возможность осуществления телевидения появилась после того, как в 1873 г. английские ученые Дж. Мей и У. Смит открыли светочувствительность химического элемента селена, т. е. изменение его сопротивления под действием света. В результате изучения этого явления вскоре в различных странах были предложены многочисленные проекты "видения на расстоянии при помощи электричества", в которых использовались свойства селена для светоэлектрического преобразования.
Отдельные изобретатели пошли по известному в истории техники пути простого копирования явлений природы и пытались построить телевизионную систему по аналогии с устройством зрительного аппарата человека. Такая система была предложена в 1875 г. американцем Дж. Керн. Светочувствительной сетчатке глаза в ней соответствовала панель с большим количеством миниатюрных селеновых фотосопротивлений, составлявшая основу передающего устройства. Центры коры головного мозга, где создаются зрительные восприятия, представлялись источниками света (например, лампочками накаливания), расположенными на второй панели в месте приема. Каждое фотосопротивление па панели передатчика было связано с соответствующим источником света на панели приемника парой электрических проводов, выполнявших роль зрительных нервов. Преобразование оптического изображения в электрические сигналы в системе Кери должно было осуществляться одновременно и непрерывно всеми фотосопротивлениями. Все изменения передаваемого изображения отражались бы в изменении яркости свечения источников света в приемном устройстве, что позволяло в принципе производить передачу движущихся изображений. Эта система, получившая название многоканальной, не могла быть осуществлена практически вследствие ее сложности даже при небольшом числе элементов изображения.
Для практического решения проблемы телевидения нужно было найти такой способ передачи изображений, который позволял бы заменить большое количество линий связи между передающим и приемным устройствами одной линией, т.е. перейти от сложной многоканальной системы к более простой, одноканальной. Этот переход означал замену одновременной передачи всех элементов изображения поочередной.
Такая замена оказалась возможной на основе применения развертки изображения и использования инерционности зрительного восприятия. Первые одноканальные системы передачи, основанные на этих принципах, были предложены в 1877-1878 гг. независимо французским инженером М. Санлеком, португальским физиком А. де Пайва и русским студентом, впоследствии известным физиком и биологом П.И. Бахметьевым. Переход от многоканальной системы передачи изображений к одноканальной был связан с введением в телевизионную систему механических элементов.
В последующие годы было предложено еще много проектов телевизионных систем, основанных на использовании светочувствительности селена и применении различных механических устройств. Передающее устройство в большинстве этих систем представляло собой сочетание селенового светоэлектрического преобразователя и механизма для развертки изображения.
Важным шагом в деле практического решения проблемы телевидения явилось изобретение в 1884 г. П. Нипковым (Германия) простого оптико-механического устройства для построчной развертки и воспроизведения телевизионных изображений. Основным элементом в передатчике и приемнике его системы был развертывающий диск, получивший название диска Нипкова. Он представлял собой непрозрачный круг большого диаметра, у внешнего края которого расположены по спирали небольшие круглые отверстия на одинаковом угловом расстоянии одно от другого. Каждое последующее отверстие смещено на величину своего диаметра к центру диска. В передатчике диск находился между передаваемым объектом и селеновым фотосопротивлением. Изображение передаваемого объекта фокусировалось объективом на плоскость диска. При вращении диска сквозь его отверстия свет проходил на фотосопротивление поочередно от отдельных элементов изображения. Таким образом осуществлялось разложение светового потока изображения на элементарные световые потоки. Каждое отверстие давало одну строку изображения. За один оборот диска на фотосопротивление последовательно воздействовал свет от всех элементов изображения, что соответствовало передаче одного кадра. Число строк в кадре равнялось числу отверстий в диске. В приемке такой же диск располагался между глазом наблюдателя и источником света, модулируемым фототоком передатчика; этот диск вращался синхронно и синфазно с диском передатчика. При наблюдении источника света через отверстия вращающегося диска наблюдатель мог видеть передаваемое изображение в плоскости диска.
Телевизионная система с дисками Нипкова содержит в себе основные элементы оптико-механических телевизионных систем. Проект Нинкова относится к немногим проектам начального периода истории телевидения, в которых имелись оригинальные идеи, приблизившие решение задачи видения на расстоянии, но он был неосуществим в то время из-за несовершенства отдельных элементов системы. Основная трудность состояла в невозможности получить достаточно сильный сигнал изображения вследствие невысокой чувствительности селенового фотосопротивления.
В таком состоянии находилось телевидение, когда эта проблема привлекла внимание Б.Л. Розинга. Начало его практических исследований в области передачи изображений, которую он называл электрической телескопией, относится к 1897г. В Константиновском училище Борис Львович познакомился с преподавателем электротехники, капитаном артиллерии Константином Дмитриевичем Перским. Так же как и Борис Львович он интересовался вопросами передачи изображении на расстояние и следил за всеми новыми достижениями в этой области. К.Д. Перскому принадлежит приоритет на термин "телевидение", который он впервые употребил в докладе "Современное состояние вопроса об электровидении на расстоянии (телевизирование)", прочитанном им на 1-м Всероссийском электротехническом съезде в 1900 г., а за тем на Международном электротехническом конгрессе в Париже.
Быстрое развитие естествознания и физики и ряд важных научных открытий и изобретений, сделанных в конце ХIХ и начале XX в., подготовили необходимую научно-техническую базу для разработки новых методов телевидения. Открытие внешнего фотоэффекта, изобретение электронно-лучевой трубки, изобретение радио оказали решающее влияние на развитие телевидения. Работая в лабораториях с осциллографическими трубками Брауна и наблюдая, как электронный луч вычерчивает на экране трубки сложные светящиеся фигуры, Б.Л. Розинг пришел к мысли использовать электронный луч для воспроизведения изображений в системе электрической телескопии.
В 1902 г. Б.Л. Розинг применил электроннолучевую трубку в приемном устройстве системы с электрохимическими элементами на передающей стороне.
После того как вся схема и все ее элементы были тщательно продуманы, он подал заявку на выдачу ему привилегии на изобретение "Способа электрической передачи изображений". Это было 25 июля 1907 г., т.е. спустя 10 лет после начала первых опытов. В том же 1907 г. Б.Л. Розинг подал патентные заявки на свое изобретение в Германии и в Англии. Интересно отметить, что патенты в этих странах он получил раньше, чем в России (в Англии - 25 июня 1908 г., в Германии - 24 апреля 1909 г., в России - 30 октября 1910г.)
В 1924 Б.Л. Розинг воссоздал свою систему и внес ряд усовершенствований в передающее и приемное устройства. Была разработана новая оптическая система для "получения неискаженного в отношении яркости, отчетливости и увеличения изображения".
Опыты, проведенные С.Л. Розингом в 1924 - 1928гг., показали полную работоспособность его телевизионной системы и правильность принципов, на которых она строилась. В лабораторных условиях можно было передавать простые изображения с четкостью 48 строк. Изображения на экране трубки получались вполне точные и настолько яркие, что их можно было фотографировать.
Передающая телевизионная трубка, в которой оказалось возможным практически использовать эффект накопления электрических зарядов, была изобретена в 1931 г. в СССР С.И. Катаевым. Несколько позже, в том же 1931 г. аналогичная трубка, названная иконоскопом, была разработана независимо от Катаева американским специалистом В.К. Зворыкиным бывшим учеником Б.Л. Розинга по Технологическому институту.
Иконоскоп обеспечивал телевизионные передачи с большим числом строк. С появлением иконоскопа завершился период искания путей практического осуществления передачи изображений на расстояние и становления электронных телевизионных систем.
В 1938 г. в СССР были пущены в эксплуатацию первые опытные телевизионные центры в Москве и Ленинграде. Разложение передаваемого изображения в Москве было 343 строки, а в Ленинграде - 240 строк при 25 кадрах в секунду. 25 июля 1940 г. был утвержден стандарт разложения на 441 строку. Первые успехи телевизионного вещания дали возможность приступить к разработке промышленных образцов телевизионных приемников. В 1938 г. начался серийный выпуск консольных приемников на 343 строки типа ТК-1 с размером экрана 14Х18 см. И хотя в период Великой Отечественной войны телевизионное вещание было прекращено, но научно-исследовательские работы в области создания более совершенной телевизионной аппаратуры не прекращалась.
Во второй половине 40-х годов разложение изображения передаваемого Московским и Ленинградским центрами было увеличено до 625 строк, что существенно повысило качество телевизионных передач. Бурный рост передающей и приемной телевизионной сети начался в середине 50-х годов. Если в 1953 г. работали только три телевизионных центра, то в 1960 уже действовали 100 мощных телевизионных станций и 170 ретрансляционных станций малой мощности, а к концу 1970 г. - до 300 мощных и около 1000. телевизионных станций малой мощности. 4 ноября 1967г. вступила в строй Общесоюзная радиоте-левизионная передающая станция министерства связи СССР. Основным сооружением радиотелевизионной передающей станции в Останкино является свободно стоящая башня, имеющая общую высоту 540 м.
Конструктивно она со стоит из фундамента, железобетонной части высотой 385 м и стальной трубчатой опоры для антенны высотой 155 м. Ввод в действие телевизионной башни в Останкине обеспечил: увеличение одновременно действующих телевизионных программ до четырех; увеличение радиуса меренного приема всех телевизионных программ от 50 до 120 км и обеспечивает уверенный прием всех про грамм на территории с населением более 13 млн. человек; значительное улучшение качества приема изображения; резкое увеличение напряженности электромагнитного поля телевизионного сигнала, что позволило устранить влияние различного рода помех при приеме телевизионных программ; дальнейшее развитие междугородного и международного обменов телевизионными программами по радиорелейным, кабельным магистралям и каналам космической связи; значительное увеличение объема внестудийных передач путем одновременного приема сигнала от десяти передвижных телевизионных станций и стационарных трансляционных пунктов: обеспечение передачи радиовещательных программ через УКВ радиостанций для населения и на радиотрансляционные узлы Московской области, а так же автоматическое включение и выключение радиоузлов путем подачи в эфир кодированных сигналов. Передающая станция в Останкино располагает мощным современным техническим оборудованием, позволяющим транслировать телевизионные передачи в черно-белом и цветном изображении в эфир и по кабельной, радиорелейной и через спутник.
В марте 1965 г. было подписано соглашение между СССР и Францией о сотрудничестве в области цветного телевидения на основе системы СЕКАМ. 26 июня 1966 г. было принято решение избрать для внедрения в Советском Союзе совместную советско-французскую систему цветного телевидения СЕКАМ-111. Первые передачи по совместно советско-французской системе начались в Москве с 1 октября 1967 г., к этому же времени был осуществлен выпуск первой партии цветных телевизоров.
Аналоговое видео.
Самым ранним методом передачи видеосигналов является аналоговый метод. Одним из первых видеоформатов на основе этого принципа стал композитный видеосигнал.
Для передачи цветного изображения необходимо передавать не только характеристику яркости каждого пикселя изображения, но и его цвет. Для отображения цвета пикселя на электронно-лучевой трубке необходимо определить три цветовые составляющие: красную (Red), зеленую (Green) и синюю (Blue). Передача отдельных сигналов RGB теоретически требует увеличить обычный диапазон сигнала в три раза, и, как следствие, появляются проблемы, связанные с синхронизацией трех независимых сигналов.
Решением этих проблем является добавление отдельного сигнала цветности (chrominance or chroma signal) к существующему сигналу яркости (luminance signal). Последний несет информацию о яркости в данной точке изображения, в то время как сигнал цветности представляет цвет. Сигнал цветности - это синусоидальная волна, моделируемая на сигнал яркости в качестве поднесущей (subcarrier). Такое совместное использование сигналов яркости и цветности называется композитным видеосигналом (composite signal). Наиболее часто этот видеосигнал используется в бытовой видеотехнике формата VHS.
Из-за объединения этих элементов в одном сигнале качество композитного видео далеко от совершенства. В результате мы имеем неточную передачу цвета, недостаточно "чистую" картинку и другие факторы потери качества.
Композитное видео быстро уступило дорогу компонентному видео, в котором различные видеокомпоненты представлены как независимые сигналы. Дальнейшие усовершенствования этого формата привели к появлению различных его вариаций: S-Video, RGB, Y, Pb, Pr и др.
Компонентный видеосигнал (component signal) - это способ хранения и обработки видеосигнала, при котором компоненты видеосигнала хранятся по отдельности. Наиболее популярным вариантом компонентного сигнала является видеосигнал Y/C, состоящий из разделенных сигналов яркости (компонента Y) и цветности. Канал цветности содержит в себе информацию об оттенке и насыщенности цвета и называется компонентой C. Сигнал Y/C используется в системах S-VHS и Hi-8. В профессиональной видеотехнике используется YUV-сигнал. Этот сигнал также является компонентным сигналом и позволяет получать максимальное качество изображения, так как требует минимальной обработки при записи и воспроизведении видеоизображения. Данный сигнал обычно используется в видеотехнике форматов U-Matic, Betacam, Betacam SP, M-II и D-3.
Несмотря на широкую популярность аналогового телевидения, такой принцип имеет очевидные недостатки. Во-первых, во время передачи видеосигнала возникают различные электромагнитные помехи, ухудшающие изображение, а во-вторых, запись и копирование аналогового видеосигнала всегда сопровождается некоторой потерей качества. В связи с этим дальнейшее развитие технологий передачи и обработки видеоизображения пошло по пути использования цифрового видеоизображения.
3.5.2. Основы учебного телевидения
Телевидение - использование радиоволн для передачи изображений движущихся объектов на расстояние.
В 80-е годы XIX в. - 30-е годы XX в. разрабатывались системы механического телевидения, впервые реализовавшего основной принцип современного ТВ - последовательную передачу элементов изображения. Указанный принцип был выдвинут в конце XIX в. португальским ученым А. ди Пайва и независимо от него - русским ученым П.И. Бахметьевым. В 1884 г. немецкий инженер П. Нипков получил в Германии патент на «оптико-механическое устройство», представлявшее собой диск с 30 отверстиями, расположенными по спирали Архимеда. Изображение объекта проецировалось на верхнюю часть диска с рамкой для кадра. При вращении диска каждое отверстие прочерчивало одну строку кадра, т.е. один кадр содержал 30 строк, по 40 элементов в строке.
дальнейшем позади диска поместили фотоэлемент, который вырабатывал видеосигнал, передававшийся в эфир. В телевизионном приемнике с помощью диска Нипкова происходило преобразование видеосигнала в развернутое изображение объекта. В начале 30-х годов в нашей стране действовала система механического ТВ, которая имела существенный недостаток - низкую четкость изображения (причина - малое количество строк), поэтому в дальнейшем от нее отказались.
30-80-е годы явились периодом разработки систем электронного телевидения. В основе современного телевидения лежат принципы разложения изображения объекта на множество элементов (образование растра), преобразование потока света от каждого элемента в электрические видеосигналы, передача их в эфир и обратное преобразование видеосигналов в изображение объекта. Процесс осуществляется с помощью электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) магнитной фокусировкой луча. Прообразом послужила электронно-лучевая трубка, созданная в 1907г. профессором Петербургского университета Б. Л. Розингом. Трубка, находящаяся в передающей камере, называется иконоскоп, в приемнике - кинескоп.
С начала 30-х годов системы электронного телевидения разрабатывали многие ученые: В.К. Зворыкин и Ф. Фарнсуорт (США), К. Свинтон (Великобритания), И.А.Адамиан, В.П. Грабовский, С.И. Катаев (СССР) и др.
В современных телевизионных системах изображение объекта проецируют на фотомишенъ - светочувствительную мозаику из частиц серебра, нанесенных на слюдяную пластинку-изолятор, обратная сторона которой металлизирована. В результате фотоэффекта на каждой частице мозаики образуется электрический заряд (видео-сигнал). Сила видеосигнала соответствует яркости отдельного элемента изображения объекта.
Электронный луч, создаваемый электронной пушкой, передвинется по поверхности мозаики слева направо и сверху вниз, считывая видеосигналы каждой строки. Передвижением луча управляет электрический ток пилообразной формы, подаваемый на электромагниты отклоняющей системы ЭЛТ. На каждый отдельный элемент фотомишени падает пучок электронов диаметром всего 0,02 мм. Это обеспечивает возможность считывать 820 элементов каждой строке. Согласно стандарту, принятому в нашей стране 1948 г., один кадр изображения на телевидении содержит 625 строк, передаваемых с частотой 25 кадров/с. От количества строк развертки зависит четкость изображения. Частота строк, принятая других странах: в Великобритании - 405, США и Канаде - 525, Западной Европе - 819.
Полученные видеосигналы поступают на видеоусилитель, где после усиления они смешиваются с синхронизирующими импульсами, обозначающими начало и конец каждой строки и кадра. Таким образом формируется полный телевизионный сигнал. Он поступает на радиопередатчик телецентра для передачи в эфир.
Телевизионное вещание традиционно ведется на метровых волнах - с первого по пятый канал на частотах 48,5-100 МГц (6,2-3 м); затем во избежание ТВ-помех в близко расположенных к телецентру городах было добавлено семь каналов в диапазоне частот 174-30 МГц (1,7-1,3 м). В настоящее время 12 ТВ-каналов оказалось недостаточно и к ним добавили 20 каналов на дециметровых волнах в диапазоне 470-630 МГц (64-47 см), исходя из того, что чем выше частота канала, тем шире полоса ТВ-сигнала. Для передачи изображения, содержащего 625 строк с частотой 25 кадров/с, нужен спектр частот около 8 МГц. Это и есть полоса частот одного ТВ-канала.
|
