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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Sonido en la televisión. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Телевидение Los propietarios de varios televisores importados no tienen la oportunidad de utilizar la función de los dispositivos fabricados en el extranjero como acompañamiento de sonido estereofónico de programas de televisión por radiodifusión y por cable. A menudo sólo quienes reciben programas satelitales pueden apreciar sus beneficios. En el artículo publicado se describe cómo se transmite el sonido de la televisión según los estándares existentes y cómo mejorar su reproducción. La base técnica de la televisión nacional ha mejorado significativamente en los últimos años. En los centros de televisión han aparecido nuevos equipos, para la preparación y realización de las emisiones se utilizan medios y tecnologías modernos. La calidad de la imagen ha mejorado y el número de canales de emisión está creciendo. La única característica que no ha sufrido cambios significativos en la televisión abierta y por cable es el sonido. Durante muchas décadas sigue siendo monofónico. El sonido monoaural parece provenir de un único punto: el altavoz. En la televisión, como en el cine, este método de reproducción entra en conflicto con la imagen. Esto sólo es parcialmente aceptable cuando se muestran primeros planos, cuando el sonido debe provenir del centro de la pantalla. En planos medios y largos, lógicamente es necesario ampliar la imagen sonora ante el espectador. Sólo los sistemas de generación y reproducción de sonido multicanal pueden mejorar radicalmente la percepción del panorama sonoro. Se trata de numerosas opciones para sistemas de sonido envolvente estereofónico de dos canales, cuadrafónicos de cuatro canales, cinco o más canales. Todos ellos (excepto los cuadrafónicos, que aún no han encontrado un uso generalizado) han alcanzado un alto nivel de circuitos y calidad, han sido dominados por la industria y utilizados en todo el mundo. Recientemente han aparecido en nuestro país. Consideremos sus principales parámetros. Los videograbadores VHS de diseño simple reproducen el sonido a través de un canal, y los más complejos (clase Hi-Fi) también reproducen el sonido a través de dos. El modo en el que se graba el sonido suele estar indicado en la cinta de vídeo. Puede ser STEREO, DOLBY STEREO, DOLBY SURROUND (con sonido multicanal). La ausencia de tales inscripciones significa una grabación monofónica. En los soportes utilizados en grabadoras de vídeo S-VHS y reproductores de minidiscos DVD, las grabaciones casi siempre se realizan con audio multicanal. Todos estos dispositivos procesan señales de audio, generalmente de bajas frecuencias, en forma analógica, mientras que los reproductores de DVD las procesan en forma digital. Los centros de televisión de países extranjeros transmiten el sonido de diversas formas. En EE.UU. se utiliza el sistema BTSC-MTS (Comité de Sistemas de Televisión de Transmisión - Sonido de Televisión Multicanal - sonido de televisión multicanal - estándar del Comité de Sistemas de Transmisión de Televisión). Es un desarrollo del estándar de televisión monofónico NTSC-M, que permitió introducir adicionalmente audio multicanal en él. El sistema prevé la modulación de la frecuencia subportadora de 4,5 MHz no con sonido mono, sino con una señal estéreo compleja (CSS). La estructura de esta señal se muestra en la Fig. 1, a. La frecuencia subportadora suprimida de la señal LR es 31,468 kHz, que corresponde al segundo armónico de la frecuencia horizontal, que es 15,734 kHz en el sistema NTSC. Además de las habituales L+R, LR, sujetas a modulación de amplitud (AM) y equilibrio (BM), y señales piloto, el BTSC-MTS CSS introdujo dos canales de audio codificados con modulación de frecuencia adicionales en subportadoras de 78,67 y 102,27 kHz (para uso oficial). Los receptores con ruta de audio mono perciben sólo la señal L+R. Los dispositivos que tienen una ruta estéreo procesan todas las señales.
En Japón, las señales de sonido también se transmiten en forma de KSS (Fig. 1, b), pero se construyen de manera diferente que en BTSC-MTS. La subportadora de señal LR no se suprime. La señal piloto también se transmite, pero se utiliza únicamente para reconocer el modo de funcionamiento. Al transmitir programas estéreo, se modula mediante un tono con una frecuencia de 982,5 Hz, durante la transmisión de dos canales (bilingüe), mediante un tono con una frecuencia de 922,5 Hz, y en el caso de un canal mono, la señal piloto es no modulado. En el estándar de radiodifusión terrestre PAL-B/G, las señales estéreo se ubican en PCTV en subportadoras de 5,5 y 5,742 MHz con modulación FM (Fig. 1c). Uno de ellos transmite la señal L+R, el otro - 2R. Usar una señal 2R en lugar de una señal LR le permite ecualizar el ruido en los canales, que suele ser el doble de fuerte en el canal L que en el canal R. Este sistema se llama Zweiton. Además, la señal estéreo se repite en PCTV en forma digital codificada mediante el sistema NICAM (Near Instantaneous Companded Audio Multiplex) mediante RPM (codificación por desplazamiento de fase relativa). PCTV PAL-I (Fig. 1, d) contiene dos señales de audio transmitidas simultáneamente: una señal mono analógica modulada en frecuencia en una subportadora de 5,9996 MHz y una señal estéreo digital en una subportadora de 6,552 MHz, codificada mediante el sistema NICAM. La señal estéreo del sistema NICAM se genera en el centro de televisión muestreando las señales analógicas L y R en el tiempo con una frecuencia de muestreo de 32 kHz y cuantizando en 256 niveles (8 bits) en cada muestra. La información de ambos canales se transmite en un flujo de datos digitales común DQPSK (Digital Quadrature Phase Shift Keying) a una velocidad de 728 kbit/s. Este flujo modula la subportadora de audio (5,85 MHz en PAL-B/G y 6,552 MHz en PAL-I) utilizando el método OPM. En un televisor, el flujo DQPSK se decodifica y se convierte en señales analógicas de dos canales L y R. La estructura del decodificador se muestra en la Fig. 2.
El chip DD1 recibe una subportadora de audio del demodulador PCTV, modulada por un flujo DQPSK y una señal piloto con una frecuencia de 54,6875 kHz. En el chip DD1, la subportadora se demodula y el flujo digital resultante se limpia de interferencias en un filtro digital. El flujo DQPSK y la señal piloto se transmiten al decodificador DD2. La decodificación consiste en dividir el flujo DQPSK en señales digitales L y R, y también dividirlas en grupos de bits (palabras) correspondientes a las muestras. Los convertidores de digital a analógico en el chip DD2 convierten las muestras digitales en pulsos, que, después suavizado, forma las señales analógicas L y R. Al mismo tiempo, también se reconoce el método de transmisión del sonido. Si la señal piloto está modulada con una frecuencia de 117,5 Hz, entonces se transmite un programa estéreo, si tiene una frecuencia de 274,1 Hz, dos señales mono y, si no está modulada, un canal mono. El decodificador está controlado por el microcontrolador del sistema de control de TV a través del bus digital I2C. Todos los sistemas discutidos son compatibles con una flota de televisores mono. La transmisión de televisión en canales vía satélite se organiza con la transmisión de señales en formato analógico, digital-analógico y digital. La transmisión por satélite continúa en forma analógica en sistemas NTSC, PAL, SECAM. En el sistema SECAM-D/K, el sonido sigue siendo monofónico, como antes. Por canales satelitales, a diferencia de la transmisión terrestre, se transmite en las subportadoras 6,8; 7 o 7,5 MHz. En el sistema PAL, el audio en formato analógico se organiza en uno, dos o cuatro canales. En el primer caso, se selecciona una de las subportadoras 6,5; 6,6; 6,65; 6,8; 7; 7,5 MHz. La transmisión de audio de dos y cuatro canales se realiza mediante el sistema Wegener-Panda 1. Como se muestra en la Fig. 1, d, prevé la inclusión en el PCTV de cuatro subportadoras de audio moduladas en frecuencia adicionales 7,02; 7,2; 7,38; 7,56 MHz. Dos de ellos se utilizan para transmitir sonido estéreo de un programa de televisión, el resto se utilizan para programas de radio transmitidos simultáneamente. Se pueden encontrar más detalles sobre dicho sistema en [1]. En formato digital, el audio de una señal de televisión analógica PAL se transmite a través de canales vía satélite después de codificarlo mediante el sistema NICAM. En forma analógica digital, las señales de televisión se utilizan en los sistemas MAC y MUSE. El sistema MAC (Múltiples componentes analógicos - compactación de componentes analógicos) es una opción de transición de los métodos analógicos a los digitales para transmitir una señal de televisión a través de canales de comunicación. Utiliza transmisión analógica y separada en el tiempo de señales de brillo y color y transmisión digital de señales de audio y otra información (señales de sincronización, teletexto, señales de servicio). Su procesamiento en los lados transmisor y receptor se realiza mediante métodos digitales. Hay varias opciones para construir un sistema: A-MAC, B-MAC, C-MAC, D-MAC, D2-MAC, HD-MAC, HD-B-MAC. Sus principales diferencias radican en los métodos de codificación de la señal, la modulación de la portadora y la cantidad de canales de audio. Las señales de audio se convierten de forma analógica a digital después de muestrearse a 32 kHz y cuantificarse utilizando 14 bits por muestra. Posteriormente, se graban en tiempo real en una memoria intermedia, donde se combinan con señales de información digital en paquetes de 751 bits. Durante una trama, se generan 162 paquetes en los sistemas C-MAC, D-MAC (82 paquetes en el sistema D2-MAC). Durante los intervalos de supresión, los paquetes se leen de la memoria intermedia a una velocidad de 20,25 MHz en fragmentos de 195 bits por línea (10,125 MHz y 99 bits en el sistema D2-MAC) y se insertan digitalmente en la señal de televisión transmitida. En los sistemas A-MAC y C-MAC las señales digitales se colocan en su subbase de 7,25 MHz, mientras que en el sistema A-MAC se transmiten de forma continua. Las señales de paquetes digitales son un flujo de bits que controlan la fase portadora de una señal de televisión, que puede tomar dos o cuatro valores fijos. El sistema A-MAS es monocanal. en las versiones BD se pueden organizar hasta ocho canales de audio. En el receptor, las señales de audio digitales se separan de la información digital, se almacenan en una memoria intermedia, desde donde se leen para la conversión de digital a analógico a velocidad normal. El sistema MAC no ha resistido la prueba del tiempo. En el verano de 1999, de más de 5000 canales por satélite, sólo 56 funcionaban con el estándar D2-MAC y 20 con el estándar V-MAC. Las opciones HD-MAC y HD-B-MAC se refieren a sistemas de televisión de alta definición (HDTV o HDTV) con escaneo de 1250 líneas. Conservan los principios utilizados en versiones anteriores: audio digital y señales analógicas de brillo y color separadas en el tiempo. Más detalles sobre el sistema MAC están escritos en [2 y 3]. El sistema MUSE (Codificación de muestreo múltiple sub-Nyquist) fue desarrollado y utilizado por un solo canal de televisión en Japón. Al igual que el sistema MAC, transmite señales analógicas de luminancia y color con señales de audio digitales e información digital. Al igual que HD-MAC es un sistema de alta definición (1125 líneas) La señal de audio en el sistema MUSE, junto con la información digital, se transmite en intervalos de supresión de campo utilizando modulación de fase de portadora cuádruple a una velocidad de transmisión de 2,048 Mbit/s. Información más detallada sobre el sistema está contenida en [3]. También se utilizan ampliamente los sistemas de compresión de televisión digital MPEG (Moving Picture Experts Group, un desarrollo realizado por un grupo de expertos en imágenes en movimiento): MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4. Su descripción se da en [2 y 4]. En la transmisión de televisión, la compresión de la información se realiza según el sistema estándar MPEG-2, que se utiliza para escanear hasta 625 líneas. Consta de estándares de 20 niveles de complejidad, lo que le permite crear algoritmos de compresión de información en sistemas para diversos fines. La parte de audio del estándar es el sistema de compresión de información de canales de audio MUSICAM (MPEG-Audio), que permite procesar hasta seis canales de audio de banda ancha de alta calidad. MPEG son estándares de televisión digital de bajo nivel. Además de ellos, también existe un conjunto de estándares mutuamente acordados que garantizan la transmisión de varios programas de televisión en una frecuencia de canales vía satélite (DVB-S), cable (DVB-C) o terrestre (DVB-T). Para resolver la contradicción entre imagen y sonido mono, los televisores fijos utilizan a veces un sistema “surround mono”, que consta de dos altavoces situados a los lados de la pantalla. En los televisores de alta gama se complementan con sistemas de altavoces externos (AS). En los equipos de fabricación extranjera, para este fin, por regla general, se utiliza el mismo tipo de emisores de sonido de banda ancha de pequeño tamaño. En los televisores producidos en la antigua URSS, generalmente se instalaba un cabezal de banda ancha con una potencia de 3...4 W en el lado derecho de la caja y un cabezal de alta frecuencia de menor potencia en el lado izquierdo. Ambos altavoces se conectaron en paralelo a la salida de un amplificador común de 3 canales. Al mismo tiempo, el sonido se expandió espacialmente. Al mismo tiempo, se logró parcialmente el efecto pseudoestereofónico de separar las frecuencias reproducidas en el espacio frente al espectador, lo que mejoró la percepción de la imagen sonora. Pero colocar varios emisores de sonido en un cuerpo de TV abierto común no logró crear una expansión notable del volumen del sonido. Puede mejorar la calidad de reproducción de programas monofónicos utilizando métodos de monoambifonía, cuando se suministra una señal de sonido a un emisor sin procesamiento adicional y al otro después de un cierto retraso. Esto le permite mejorar las propiedades acústicas de la habitación, dándole el eco deseado. Este método no ha encontrado una amplia aplicación en la televisión monofónica y solo recientemente ha tenido demanda en sistemas con sonido envolvente multicanal. También puede utilizar otro método: pseudoestereofonía con división espacial del espectro de frecuencias del sonido, enviando frecuencias bajas al altavoz derecho y frecuencias altas al izquierdo. En cuanto a los sistemas de reproducción de sonido estéreo de dos canales, existen dos opciones principales para su construcción: estéreo simple y extendido. En el primer caso, las señales de sonido recibidas a través de los canales L y R, después de la amplificación, se transmiten a los altavoces sin procesamiento adicional. La desventaja de estos sistemas es bien conocida: un estrecho panorama sonoro espacial no se desarrolla alrededor del oyente, sino delante de él en forma de una pared sonora plana. Un intento de ampliarlo separando los altavoces conduce a la aparición de un espacio claramente percibido en el centro de la “imagen” sonora. El estéreo mejorado aumenta el tamaño de la imagen estéreo transfiriendo parte de la señal L al canal R y viceversa. Si las señales transmitidas se someten a un procesamiento de fase y tiempo (retardo), el panorama sonoro se puede ampliar significativamente incluso cuando los emisores de sonido se encuentran en una carcasa común a poca distancia entre sí. Hay dos opciones principales para dicho sistema: ISS (Incredible Surround Sound - sonido increíblemente envolvente) y el sistema Qsound. En ambos casos, las señales de sonido se procesan mediante microcircuitos: procesadores de sonido (SP), que permiten ajustar el volumen, el equilibrio y el timbre de HF y LF. También procesan señales de audio en modos mono, pseudoestéreo, estéreo simple y estéreo extendido. Han aparecido varios microcircuitos que implementan estas funciones. Estos son TDA8421/24/25/26, TDA9860/61, CXA1735AS, LMC1982CIN/CIV con control mediante bus digital I2C. Estos incluyen el procesador TDA3810, que realiza solo el procesamiento de señales de régimen sin ajustarlas. ZP se utiliza bastante en televisores de diferentes empresas. Así, el chip TDA8425 está instalado en el televisor TVT-C24F4R y forma en él un modo pseudoestereofonía al recibir señales terrestres del sistema SECAM-D/K [5]. También se utiliza en el receptor PHILIPS-FL [6]. El procesador CXA1735AS funciona en el televisor digital PANASONIC-TX-28WG25C (ODD) [7]. El televisor SONY-KV-28WS4R contiene el microcircuito MSP3410, que combina las funciones de un cargador y un decodificador del sistema NICAM [7]. El televisor PHILIPS - FL utiliza una solución interesante para la parte de baja frecuencia de la ruta de audio: tiene un convertidor de señal de audio de dos a cinco canales con un algoritmo de conversión pseudocuadrafónico. Su diagrama de bloques se muestra en la Fig. 3.
Desde una fuente de señales analógicas o desde un decodificador NICAM, las señales estéreo L y R van al DA1 ZP, desde allí directamente a los amplificadores de 3 canales A1 y A3, y luego a los AC L y R conectados a ellos. llegan a los sumadores S1 y S2, en los que generan señales L+R y LR. El primero de ellos pasa a través de un filtro de paso bajo a través del amplificador A2 al AC M central. La señal LR después del amplificador A4 va a los AC SL y SR traseros izquierdo y derecho, conectados en serie con devanados espalda con espalda. Esto asegura que las señales que llegan a los altavoces estén desfasadas. Los sistemas estéreo y pseudocuadrafónicos mejorados mejoraron la calidad de la reproducción del sonido, pero no pudieron resolver el problema de obtener sonido de alta calidad. Hoy se formula de la siguiente manera: el campo sonoro debe ser tridimensional, envolviendo al oyente por todos lados y desde arriba, asegurar que las direcciones de las fuentes de sonido aparentes coincidan con su posición real en el espacio durante la transmisión. El problema de reproducir dicho sonido se resolvió por primera vez en el cine, cuando aparecieron sistemas de sonido envolvente multicanal en las salas de conciertos: los sistemas Dolby. Envolvente, THX y CS. Al mismo tiempo, los equipos domésticos de grabación de vídeo en cinta magnética en formato VHS, que se generalizaron, provocaron la transferencia masiva de películas a cintas de vídeo para su visualización en el hogar. Al mismo tiempo, naturalmente, surgió la necesidad de preservar el sonido envolvente al copiar una película a una cinta de vídeo. Esto llevó a la creación de variantes de vídeo del sistema Dolby Surround: el sistema Dolby Pro Logic Surround de cuatro canales con representación analógica de señales de audio y el sistema Dolby Digital de seis canales con representación digital. Dolby Pro Logic Surround proporciona la conversión de información de audio multicanal a dos canales cuando se graba en cinta magnética y la conversión inversa a multicanal para el espectador. La información sonora se colapsa y expande mediante un algoritmo que es más complejo que el utilizado en la pseudocuadrafonía. De las fuentes disponibles, la descripción más completa de los principios operativos de este sistema se puede encontrar en [8]. La conversión en el lado receptor se produce en el decodificador de audio (AD). Un ejemplo de uso del sistema Dolby Pro Logic Surround puede ser el televisor SONY-KV-28WS4R [7]. en el que el mando a distancia utiliza el chip TC9337F-015. Hay otros microcircuitos similares. Por ejemplo. NJW1102AF. El sistema acústico del modelo KV-28WS4R está construido de manera similar al comentado según el diagrama de la Fig. 3. Para enfatizar el efecto estéreo y localizar mejor la dirección de la fuente de sonido, el DZ ajusta la ganancia de los amplificadores en todos los canales para que permanezca sin cambios en el canal con el nivel máximo de señal y se reduzca en el resto. Existen otras opciones para construir la parte acústica de un dispositivo con sonido envolvente. A veces se instala un altavoz de banda ancha adicional en el centro encima del televisor para reproducir el sonido de fuentes que se mueven verticalmente. Los altavoces traseros pueden ubicarse no detrás del espectador, sino a un lado, en línea con él. En lugar de mono, se les puede suministrar señales pseudoestéreo. La conclusión lógica del proceso de mejora de los sistemas de reproducción de sonido en televisión fue la creación del concepto de cine en casa. Su composición y capacidades se describen en detalle en [8 - 10]. Su parte de vídeo es un televisor de pantalla grande o un proyector de vídeo, un grabador de vídeo de alta gama y equipos para recibir programas satelitales. La parte de audio es un amplificador multicanal con entrada y salida multimodo, un conjunto de altavoces. ¿Qué pueden hacer los radioaficionados para mejorar la reproducción del sonido de la televisión? En primer lugar, recomiendo implementar la posibilidad existente de ver vídeos con sonido estéreo. Es cierto que esto requerirá un sistema estéreo o cualquier instalación estéreo, una videograbadora con ruta estéreo y cintas de video con los índices STEREO, DOLBY STEREO. Encontrará consejos prácticos útiles en [11]. Si continúas por este camino, también obtendrás sonido envolvente grabado en videocasetes con el índice DOLBY SURROUND en la versión DOLBY Pro Logic. Pero esto implicará una revisión seria del sistema de audio: necesitará un control remoto, un amplificador de cuatro canales y cinco parlantes externos. En segundo lugar, puede limitarse a la reproducción pseudoestereofónica del sonido de programas retransmitidos y por cable. Pero para ello tendrás que modificar la ruta de audio del televisor introduciendo en él un ZP, un segundo amplificador 3H y unos altavoces. En [12] se proporciona información más detallada sobre la ZP. Literatura
Autor: V.Brylov, Moscú
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