Радиовещание — это не только развлекательные программы. Радио в авто является источником важной дорожной информации, помимо трансляции музыки и развлекательных программ. Для того чтобы устройства радиоприема могли отвечать современным и будущим требованиям, необходимо их постоянное усовершенствование.
Радиоприем в диапазоне FM
Радиоволны FM (с частотной модуляцией) распространяются прямолинейно. Они не отражаются слоями земной атмосферы и не повторяют изгибы земной поверхности.
Наилучший прием обеспечивается в том случае, когда передающая антенна находится в пределах прямой видимости антенны авто. Излучаемый передатчиком с горизонтальной или вертикальной поляризацией (в соответствии с национальными стандартами) частотно-модулированный сигнал лучше всего принимается антенной, открытой со всех сторон (сигнал улавливается всей длиной антенны).
Недостаток: Зона уверенного приема меньше, чем у сигнала AM (с амплитудной модуляцией) (СВ, ДВ).
При выходе из зоны действия ретранслятора (как правило, это сопровождается снижением качества звука и появлением помех), необходимо настроиться на новый передатчик и другую частоту. В автомагнитолах, принимающих сигнал RDS (Radio Data System — система передачи данных по радиоканалу), поиск альтернативной частоты происходит автоматически.
Радиоволны с частотной модуляцией не могут без помех проходить сквозь холмы, здания и другие аналогичные преграды. При нахождении авто в такой зоне прием будет либо затруднен, либо вообще невозможен. Это можно заметить, в первую очередь, при движении на горной местности или в кварталах с многоэтажной застройкой. Зона уверенного приема зависит от мощности передатчика и расстояния от передающей антенны до земли, поэтому передающие антенны обычно располагаются на мачтах, высоких зданиях или в горах.
Радиоволны с частотной модуляцией отражаются от зданий, холмов и т. д. В результате прием осуществляется с нескольких направлений (Multipath — многолучевое распространение сигнала между передатчиком и приемником: Multi = много, path = путь).
Это может привести к отклонению прямого сигнала, в том числе * в закрытых зонах, например, в районах с многоэтажной застройкой или в горах. Отражение сигнала может привести к снижению качества приема.
В определенных условиях радиоприемник начинает принимать как прямой, так и отраженный сигнал передатчика. Наложение прямого и отраженного (с замедлением по времени) сигнала может привести к снижению качества приема, выражающемуся в заметном искажении воспроизводимого динамиками звука. Кроме того, разница во времени приема прямого и отраженного сигнала вызывает изменение качества приема в зависимости от положения авто.
Колебания уровня приема возникают в УКВ-диапазоне даже при относительно малых перемещениях. На рисунке ниже показан автомобиль, оборудованный двумя антеннами, расположенными на расстоянии 1 м друг от друга. Диаграмма показывает, что передняя антенна имеет очень высокий, а задняя — низкий уровень приема сигнала, хотя расстояние между антеннами относительно мало по сравнению с удаленностью от передатчика.
Характеристики антенн
Характеристики приема частотно-модулированного сигнала стандартной антенной
Синий круг показывает зависящую от направления чувствительность приема антенны. Здесь хорошо видно, что антенна одинаково чувствительна к сигналам, поступающим с разных сторон. Поэтому одинаково хорошо принимается как прямой, так и отраженный сигнал. Данное свойство антенны приводит к появлению помех, вызываемых многолучевым распространением радиоволн.
Вид антенны сверху
Технические средства подавления помех от многолучевого распространения радиоволн
Поскольку помехи, вызываемые многолучевым распространением радиоволн, особенно в верхнем слышимом диапазоне частот, воспринимаются как крайне неприятные, необходимо применение технических средств по снижению их уровня.
Такую возможность обеспечивает технология «HighCut» (пропускающий фильтр низких частот). Недостаток этого метода состоит в том, что при «срезании» высоких частот снижается качество звучания в этом диапазоне.
Aудиосигнал без помех
Аудио усилитель автомагнитолы усиливает все различимые ухом частоты в соответствии с восприятием человека.
HighCut (пропускающий фильтр НЧ)
Помехи, вызываемые многолучевым распространением радиоволн в диапазоне высоких частот, подавляются пропускающим фильтром НЧ FM*тюнера автомагнитолы.
Разнесение по фазе
Гораздо более удачный метод снижения уровня помех * применение антенн с разнесением по фазе. Однако разнесение по фазе представляет собой технически более сложный метод чем, например, пропускающий фильтр НЧ HighCut, поскольку здесь требуются 2 тюнера и 2 антенны. Система приема с разнесением по фазе работает в двух различных режимах: «прием сигнала без помех» и «прием искаженного сигнала».
Такой вид приема соответствует принципу работы направленной антенны. В процессе эксплуатации происходит постоянный виртуальный «поворот» антенн в направлении источника сигнала.
Разумеется, «поворот» антенны выполняется только путем цифровой обработки сигнала. В реальности антенна не поворачивается. Однако результат при этом достигается аналогичный. Цель состоит в обеспечении максимальной площади антенны для приема прямого сигнала и избежания приема отраженного сигнала.
Характеристики приема системы с разнесением по фазе, состоящей из двух антенн FM диапазона
Синяя область на рисунке ниже показывает зависимую от направления чувствительность приема системы антенн и электронного анализатора сигнала. На рисунке хорошо заметно, что система особенно чувствительна к приему поступающего непосредственно от передатчика сигнала и малочувствительна к приему отраженного сигнала. Это позволяет обеспечить максимальное подавление помех от многолучевого распространения радиоволн.
Таким образом, требуется срезать гораздо меньше высоких частот, что позволяет значительно повысить качество звучания. Кроме того, такая система обладает большей чувствительностью при приеме сигнала непосредственно от передатчика. Это позволяет заметно увеличить радиус приема, улучшить качество приема стереосигнала и снизить количество отключений звука.
Диаграмма направленности антенны
Мощность приема
В зависимости от удаленности радиопередатчика мощность приема обычного однокомпонентного радиоприемника может быть значительно ниже, чем у системы приема, состоящей из двух тюнеров с разнесением по фазе.
Режим приема «сигнал без помех»
В режиме приема сигнала без помех электронный модуль радиоприемника постоянно анализирует, какая антенна принимает более сильный сигнал, и использует его как входной сигнал. Демодулятор преобразует ВЧ-сигнал антенны в неслышимый сигнал и передает его в систему RDS.
Второй тюнер в фоновом режиме постоянно сканирует всю полосу частот с целью поиска частоты с лучшим приемом настроенной радиостанции. При обнаружении более мощного сигнала этот тюнер переходит в режим приема, а другой переключается в режим фонового сканирования. Это позволяет избежать присущих 1-компонентной системе пауз для проверки RDS альтернативных частот.
Данный режим называется фоновым режимом (режим сбора данных).
Режим приема «сигнал с помехами»
В режиме приема сигнала с помехами сигнал от обеих антенн оцифровывается аналогово-цифровым преобразователем и обрабатывается при помощи адаптивного алгоритма, позволяющего отфильтровать сигнал помех путем формирования нового сглаженного сигнала. Одновременно мощность антенны повышается на 3 дБ.
В этом режиме второй демодулятор и вторая система RDS не задействованы и работают в фоновом режиме, поскольку для приема настроенной радиостанции требуются обе антенны.
Этот режим работы называется разнесением по фазе.
Аудио CD (аудио компакт-диск)
Аудио компакт-диски, известные с 1982 года, завоевывают все большую популярность у автолюбителей, вытесняя кассеты. Аудио компакт-диск представляет собой оптический накопитель для хранения оцифрованных музыкальных файлов.
Аналоговый музыкальный сигнал преобразуется в цифровой при помощи аналогово-цифрового преобразователя. Цель оцифровки — разбивка аналогового сигнала на минимальные сегменты и преобразование его в цифровой без искажений. Чем выше разрешение АЦП (например, 8-16-32-64 бит), тем выше качество звука (моделирование аналогового сигнала).
Для преобразования цифрового сигнала в форму, пригодную для воспроизведения через динамики, в CD-плеер должен быть встроен цифро*аналоговый преобразователь, который преобразует цифровой сигнал в аналоговый.
Основной частью компакт-диска является прозрачный носитель (подложка), изготавливаемый формованием. Верхняя часть носителя содержит цифровую информацию в виде микроуглублений (питов, Pits) и промежутков между ними, образующих длинную спиральную дорожку (общей длиной около 5 км).
На «информационную» поверхность напыляется тонкая алюминиевая пленка, на которую наносится слой защитного лака и наклеивается этикетка или производится печать. Содержащаяся на диске информация бесконтактно сканируется лазером считывающего устройства через несущий слой, что исключает износ.
Рекомендации по уходу и обращению с компакт-дисками и CD-приводами
- Компакт-диск следует брать только за края.
- Не допускается оставлять отпечатков пальцев на поверхности диска.
- Загрязненный компакт-диск категорически запрещается чистить по кругу. Чистку выполнять мягкой салфеткой, не оставляющей ворса, двигаясь от центра диска к его краям.
- Кроме того, следует аккуратно обращаться и с нижней, и с верхней стороной диска. Запрещается подписывать диски и приклеивать на них этикетки.
- С компакт-дисками следует обращаться аккуратно и всегда хранить их в защитных коробках. Не следует подвергать диски воздействию теплового или прямого солнечного излучения.
Moving Picture Experts Group (MPEG) MP3
МР3 — файловый формат, используемый для сжатия аудио данных. Как и другие форматы сжатия данных, МР3 основан на границах человеческого восприятия. Основной принцип — сокращение количества тонов, не воспринимаемых человеком в силу их частоты или громкости. Поскольку данная технология связана с потерей информации, при такой компрессии данных невозможно полностью восстановить первоначальный исходный сигнал.
Потери в значительной мере зависят от скорости передачи данных. При скорости примерно 128 кбит/с различия по сравнению с оригиналом практически не воспринимаются, если речь идет о музыке с малым динамическим диапазоном (поп-музыка, синтезатор, техно). Зато при использовании скорости передачи данных 128 кбит/с для воспроизведения гитарной или скрипичной музыки, слушатель быстро замечает неприятные отклонения от оригинала, поэтому для музыки с таким диапазоном рекомендуется средняя скорость передачи данных 192 кбит/с и выше.
Срезается спектр частот, не воспринимаемый ухом взрослого человека, то есть за пределами диапазона от 20 Гц до 18 кГц.
Digital Audio Broadcasting (DAB)
Цифровое эфирное радиовещание (DAB) значительно отличается от применявшегося до сегодняшнего дня аналогового вещания. Цифровое радиовещание позволяет не только принимать аудиосигнал (музыку, речь), но и одновременно получать дополнительные данные (сервисы), содержащие информацию о ситуации на дороге, программу передач, музыку, прогноз погоды и т. д. Если магнитола оборудована соответствующим дисплеем, одновременно может выводиться графическая информация, например, карта города или движущиеся изображения.
Диапазон частот цифрового вещания (от 47 МГц до 1468 МГц) разделен на несколько каналов, для каждого из которых выделена своя полоса частот шириной 1,536 МГц. Исходные сигналы аудио данных и сервисов оцифровываются и сжимаются передатчиком по стандарту MPEG, с отдельным кодированием и дискретизацией по времени. Затем все исходные сигналы поступают на мультиплексор, формирующий поток цифровой информации, передаваемой по соответствующему каналу. Этот поток данных упрощенно можно назвать содержанием программы (например, NDR 2).
Такой принцип передачи имеет следующие признаки:
- разделение по программам (сепарацию);
- разделение аудиоданных и сервисов;
- синхронизированное восстановление сигнала;
- декодирование сигнала;
- преобразование цифрового сигнала в аналоговый.
Сжатие данных, как правило, позволяет располагать в полосе частот одного канала несколько программ с соответствующими аудиоданными и сервисами. Все программы, объединенные в рамках одного канала, именуются ансамблем (например, Nord I). В приемнике, поддерживающем цифровое вещание, обработка сигнала производится в обратном порядке.
Для передачи сигнала DAB используются обычные наземные передающие устройства. Поскольку цифровой сигнал обладает низкой чувствительностью к помехам, достаточно использовать передатчик с мощностью излучения около 1 кВт. Типичный УКВ*передатчик имеет мощность излучения от 10 до 100 кВт.
DAB-ансамбль
