МАССОВАЯ
РАДИО
БИБЛИОТЕКА
Выпуск 986
Ю. А. ВОЗНЕСЕНСКИЙ, Г. К. КЛИМЕНКО
КВАДРАФОНИЯ
МОСКВА
ЭНЕРГИЯ 1979
ББК32.871
В64
УДК 534.86
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
Берг А. И., Белкин Б. Г., Борисов В. Г., Ванеев В. И.,
Геништа Е. Н., Гороховский А. В., Демьянов И. А., Ельяшке-
вич С. А., Жеребцов И. П., Корольков В. Г., Смирнов А. Д.,
Тарасов Ф. И., Чистяков Н. И,
Вознесенский Ю. А., Клименко Г. К.
В64 Квадрафония. — М.: Энергия, 1979.—96 с., ил.
— (Массовая радиобиблиотека; Вып. 986)
45 к.
Излагаются основы пространственного восприятия звука. Описыва-
ются квадрафонические способы записи-воспроизведения, а также си-
стемы квадрафонического радиовещания. Приводятся примеры аппара-
турных решений.
Книга рассчитана на широкий круг радиолюбителей, интересую-
щихся высококачественным звуковоспроизведением.
„ 30403-046
В ~------ГТГ- 249-79 2402030000
051(01)-79
ББК32.871
6Ф2.7
© Издательство «Энергия», 1979 г.
ВВЕДЕНИЕ
Широкое распространение стереофонии началось с 50-х годов.
Однако первая попытка пространственной звукопередачи была пред-
принята почти 100 лет назад, сразу же после изобретения телефона.
В 1881 г. на Всемирной выставке в Париже изобретатель Клемент
Адер осуществил двухканальную передачу звука из оперного театра
[1]. Передача велась по телефонным проводам, соединенным с дву-
мя группами микрофонов, одна из которых размещалась справа, а
другая слева от сцены. Посетители выставки, ведя прослушивание
на несколько пар головных телефонов, могли определить расположе-
ние певцов на сцене, а также размещение инструментов в оркестре.
В 1912 г. подобные опыты были повторены в Берлине. Передача
из оперного театра велась по двум телефонным линиям и воспроиз-
водилась несколькими громкоговорителями [2].
В 20-х годах были предприняты попытки стереофонической пере-
дачи по двум радиоканалам.
Как только кинематограф стал звуковым, представилось целе-
сообразным заставить звук следовать за перемещениями актеров
вдоль экрана. В 1930 г. французский кинорежиссер Абель Ганс осу-
ществил пространственное воспроизведение звука в зале кинотеатра,
для чего установил громкоговорители не только за экраном, но и в
самом зале. Советские инженеры Б. Н. Коноплев и М. 3. Высоцкий
в 1936—1937 г. провели работы по съемке и демонстрации в столич-
ном кинотеатре «Москва» фрагментов обычного 35-мм кинофильма
с двухканальным стереофоническим звуковым сопровождением [3].
В эти же годы во Всесоюзном научно-исследовательском кинофото-
институте (НИКФИ) под руководством П. Г. Тагера были проведены
опыты по двухканальной записи и воспроизведению звука в кино с
целью изучения стереофонического эффекта.
Опыты проводились и в области стереофонической грамзаписи.
В 1931 г. английский изобретатель А. Блюмлейн предложил способ
записи двух сигналов в одной канавке грампластинки путем незави-
симой модуляции стенок канавки. Спустя два года фирма «Коламбия
грэмофон компани» изготовила стереофонические грампластинки по
этому способу.
По мере накопления опыта и теоретического осмысливания ре-
зультатов выявились некоторые недостатки и ограничения, свойст-
венные двухканальной стереофонии: эффект провала звука в центре
между громкоговорителями, узкая зона прослушивания, в которой
ощущается стереоэффект, искажения локализации источников звука.
Поэтому были предприняты эксперименты по трехканальной стерео-
фонической передаче симфонических концертов. В 1933—1935 г. такие
эксперименты в США провел Г. Флетчер совместно с дирижером
Л. Стоковским, а в СССР — И Е. Горон. В Москве передача осуще-
ствлялась из Колонного зала Дома Союзов, где перед оркестром па
1*
3
ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СЛУШАНИЕ
Ощущение направления
Человек способен ориентироваться в окружающем пространстве
и ощущать его объемность благодаря парности органов зрения и
слуха.
Рассмотрим кратко систему пространственной звукопередачи.
Пусть к слушателю приходит звуковая волна от некоторого источ-
ника, расположенного не прямо перед ним, а сбоку, под углом а
(рис. 2). Колебания звукового давления у правого и левого уха, а
следовательно, и принимаемые сигналы, будут несколько отличаться
друг от друга. Различие в форме сигналов вызывается двумя причи-
нами: разностью времени прихода звука к ушам и разностью уровней
звукового давления (интенсивности звука).
Рассмотрим действие каждого фактора в отдельности.
Разность времени прихода звука (рис. 2). Разницу пути звуко-
вой волны можно выразить следующим простым выражением:
f~L>sina.	(1)
Однако уравнение (1) является весьма приближенным, так как
не учитывает огибания головы звуковой волной. Более точным явля-
ется выражение
/ sin а \
I = D 11 + —~—I sin а.	(2)
На рис. 3 сплошной линией изображена экспериментальная зави-
симость разности времени прихода звуковой волны т=1/с от угла
прихода звука. При расчете было принято, что скорость звука с=
= 344 м/с, а диаметр головы £>=16,8 см. Пунктирной линией пред-
ставлены экспериментальные данные, полученные путем измерения
временных сдвигов между звуковыми импульсами при их приеме в
слуховых проходах ушей с помощью микрофонных зондов.
Еще более близкое совпадение с экспериментальными данными
дают расчеты по формуле
D
Т = ——(a + sina),	(3)
2с
гле а выражается в радианах.
Следует отметить, что для синусоидальных сигналов зависимость
временного сдвига (в данном случае можно говорить о фазовом сдви-
ге) от угла прихода однозначно определяется формулой (3) лишь
для частот выше 2000 Гц. На низких частотах вследствие огибания
и отражения звуковых волн от поверхности головы временные сдви-
ги увеличиваются, что способствует некоторому повышению разре-
шающей способности при определении направления прихода низко-
6
частотных звуков. На рис. 4 приведена частотная зависимость вре-
менного сдвига т при угле прихода звука а=30°.
Это обстоятельство способствовало разработке фазовой теории
направленности слуха. Однако большинство реальных звуков носит
импульсный характер и определить для них фазовый сдвиг очень
трудно. Кроме того, источник синусоидального сигнала можно одно-
значно локализовать по фазовому сдвигу
лишь до частоты 1600 Гц. При более высо-
ких частотах разность пути звуковой волны
от источников, расположенных сбоку, при-
водит к сдвигу по фазе более чем на 180°,
что вызывает неопределенность при оценке
направления. Для импульсных звуковых
источников такой частотной границы не су-
ществует.
Крутизна кривых, изображенных на
рис. 3, максимальна при значениях угла а,
близких к нулю и 180°. Это значит, что ост-
рота локализации (точность звуковой ориен-
тировки) максимальна в направлении оси
симметрии головы. Экспериментально уста-
новлено, что в условиях открытого прост-
ранства острота локализации в этом на-
правлении для щелчков составляет 1,8°, для
продолжительных синусоидальных тонов
11—19°, т. е. точность локализации зависит
от характера звукового сигнала. Принято считать, что человек локали-
зует источники звука в горизонтальной плоскости, в среднем, с точ-
ностью 3°. При угле а=0 такое угловое отклонение источника звука
соответствует разности путей звуковой волны к ушам слушателя в
1 см или временному сдвигу 0,03 мс. Если принять величину 0,03 мс
за минимальный временной сдвиг, способный вызвать ощущение бо-
кового смещения источника звука, то, пользуясь формулой (3), мож-
но рассчитать, что острота локализации при угле а=30° составляет
3° при а=60° ухудшается до 5°, а при а=90° до 7°. Этот вывод хоро-
шо согласуется с экспериментальными данными и свидетельствует об
ослаблении остроты локализации при значительном боковом смеще-
нии источника звука.
7
В табл. 1 приведены результаты опыта, проведенного в заглу-
шенной комнате для слушателей с нормальным слухом [6]. Испыта-
тельные сигналы в виде импульсов белого шума излучались попере-
менно громкоговорителями, расположенными по периметру комнаты.
В центре на вращающемся стуле располагался слушатель с закры-
тыми глазами и неподвижной, ориентированной вперед головой. Он
каждый раз мог так поворачиваться вместе со стулом, чтобы источ-
ник звука располагался впереди, справа, сзади или слева от него.
В табл. 1 приведены данные усреднения 600 результатов Средне-
Таблица 1
Параметры	Направление на источник звука			
	спереди о,—0°	слева а=90°	сзади а=180°	справа а=270°
Угол ошибки Среднеквадратичное откло- нение	0,97° 7,2°	9,4° 13/°	0,67° 13,65°	11,6° 17,4°
квадратичное отклонение от истинного положения источника звука в
данном случае можно принять за меру остроты локализации.
Из данных таблицы следует, что при боковом положении источ-
ника звука точность локализации ухудшается более чем в 10 раз,
одновременно ухудшается ее острота. Точность локализации источ-
ников звука спереди и сзади примерно одинаковая, но острота лока-
лизации задних источников значительно хуже. Следует отметить,
что возможность однозначной локализации источников звука благо-
даря разности времени прихода имеет место лишь для тех источни-
ков звука, которые расйоложены в передней горизонтальной полу-
плоскости, т. е в диапазоне углов а от —90° до 4-90°. Различение
направления прихода звука спереди или сзади только по временным
сдвигам невозможно, так как при возрастании а от 90 до 180° за-
висимость т от а оказывается зеркально симметричной по отноше-
нию к левой части кривой (см. рис. 3). В данном случае на помощь
слушателю приходит другой физический параметр — разность ин-
тенсивности звука.
Разность интенсивности звука. Когда звуковая волна от источ-
ника звука приходит к слушателю под некоторым углом, звуковое
давление в местах ^расположения ушей слушателя оказывается раз-
личным. Это различие вызвано затеняющим действием головы: звук
в более удаленном ухе оказывается ослабленным и, кроме того, за-
висит от формы головы и ушных раковин. На низких звуковых час-
тотах вследствие огибания звуковой волной головы слушателя раз-
ность интенсивностей звука практически отсутствует. Она начинает
проявляться на частотах свыше 300—500 Гц, когда длина звуковой
волны становится сравнимой с размерами головы. На рис. 5
приводится зависимость силы звука в ушах слушателя от частоты
при различных углах прихода звука от источника.
Из-за сложности соотношений параметров,- влияющих на раз-
ность уровней силы звука в левом и правом ухе, эту разность вычис-
лить очень трудно. Теоретический анализ возможен лишь в прибли-
8
женном виде, например посредством расчета огибания шара звуковой
волной. Исследователи обычно пользуются данными объективных из-
мерений, проведенных на модели головы (искусственной голове) с
синусоидальными сигналами в свободном звуковом поле.
Несмотря на то, что разность уровней звука у ушей искусствен-
ной головы существенным образом зависит от частоты (рис. 6), все
9
же для углов прихода звука от 0 до 60° можно отметить определен-
ную закономерность, заключающуюся в увеличении разности интен-
сивности при смещении источника звука в сторону от оси симметрии
головы. Сложность и разнообразие кривых, изображенных на рис. 6,
показывает, что однозначное определение направления по разности
интенсивностей невозможно. Поэтому в литературе обычно большее
предпочтение отдается теории локализации по разности времени при-
хода звука.
Можно заметить, что ни одна из кривых на рис. 6 не является
зеркально симметричной относительно средней линии рисунка (а =
=-90°), как это имело место на рис. 3. Это говорит о том, что раз-
ность интенсивностей, по видимому, играет существенную роль в оп-
ределении направления прихода звука спереди или сзади. Несиммет-
ричность кривых приводит к различиям тембра реальных широкопо-
лосных звуков, приходящих к слушателю спереди или сзади. Правда,
в отличие от процессов формирования ощущения направления по раз-
ности интенсивностей и временной разности, когда определенным
значениям этих параметров соответствует определенный азимут ис-
точника звука, при локализации по различиям тембра слушателю
приходится прибегать к своей слуховой памяти, т. е. предварительно
знать тембр звука, приходящего спереди.
Сравнивая два физических параметра, ответственных за созда-
ние в слуховом центре человека ощущения направления, мож-
но отметить, что если для первой половины частотного диапазона
(в логарифмическом масштабе середина диапазона звуковых частот
20—20 000 Гц соответствует частоте 630 Гц) основную роль в лока-
лизации источника звука играет разность времени прихода, то для
второй половины диапазона частот решающим фактором оказывается
разность уровней звукового давления у ушей слушателя. Оба пара-
метра, конечно, воздействуют одновременно и приводят к созданию
у слушателя общего суждения о направлении на источник звука
Наибольшая точность локализации обнаруживается в горизон-
тальной плоскости» т е. той плоскости, в которой расположены уш-
ные раковины. Способность к пространственной локализации звука
в вертикальном направлении значительно слабее.
Ощущение расстояний
Человек способен оценивать удаленность источников звука. Об
этом свидетельствует эксперимент Штейнберга и Сноу [7], резуль-
таты которого приведены на рис. 7. На затемненной сцене находи-
лись девять оркестрантов, местоположение которых показано темны-
ми кружками. Слушателей просили на листе бумаги с обозначенными
границами сцены указать местополо-
жение источников звука. Усреднен-
ные результаты показаны светлыми
кружками.
Когда ’ расстояние оценивается с
помощью зрения, работает механизм
конвергенции глаз (поворот осей
глазных яблок и скрещивание их на
наблюдаемом предмете), механизм
аккомодации глаз (наводка резкости
на разноудаленные предметы путем
изменения кривизны хрусталика гла-
за), а также используется эффект зри«
5®	69 q 99
о 7 с 5 УО
2*с3 5ло8о98
1	*
Рис. 7.
10
тельной перспективы: удаленные предметы кажутся уменьшенными по
размерам. При оценке расстояния до источника звука человек тоже
использует эффект перспективы, на этот раз слуховой, удаленные ис-
точники воспринимаются с меньшей громкостью. Однако при этом
возможны значительные ошибки, поскольку создаваемая источником
звука громкость может изменяться во времени, даже когда источник
остается неподвижным. Обычно же удаление источника сопровожда-
ется не только снижением громкости его звучания, но и изменением
тембра. С удалением высокочастотные составляющие звука затухают
быстрее, потому что сильнее 'поглощаются воздухом. Так, слушая
уходящий от нас духовой оркестр, мы постепенно все слабее и сла-
бее слышим высокие звуки труб, но отчетливо слышим звуки бара-
бана.
Оценивать удаленность по изменению громкости звучания и из-
менению тембра всегда легче, когда имеется возможность сравнения
данного Звучания с общим уровнем ближайшего звукового окруже-4
ния. Экспериментально установлено, что при оценке расстояния до
неизвестного источника ошибки в определении расстояния уменьша-
ются с увеличением числа испытаний. Происходит это вследствие на-
копления знаний об интенсивности и спектре источника звука и за-
висит от слуховой памяти. Подобная зависимость не наблюдается
при определении азимута источника. Этим, по-видимому, и объясня-
ется менее точная и менее уверенная локализация удаленности зву-
ковых предметов, по сравнению с локализацией по азимуту.
При слушании в закрытом помещении определению расстояния
до источника сильно помогает наличие отражений. Чем ближе ис-
точник звука к слушателю, тем сильнее увеличивается доля прямой
звуковой энергии по сравнению с отраженной (реверберационной)
энергией.
При определении удаленности источника звука известную роль
играет способность слуха оценивать сдвиг фаз между звуковым дав-
лением и колебательной скоростью в данной точке звуковой волны.
В шаровой звуковой волне (такую форму волны создает большинст-
во источников звука) скорость и давление звука находятся в фазе.
При значительном удалении от источника звуковая волна превраща-
ется в плоскую, в которой колебательная скорость сдвинута по отно-
шению к звуковому давлению на 90°.
Следует указать, что, манипулируя относительным изменением
громкости и тембра звуковых источников, а также изменением отно-
шения прямой/отраженный звук, даже при передаче сигналов по од-
ному каналу (монофонической передаче) звукорежиссеры создают
эффект разноудаленности: передают звучание крупным, средним или
общим планом, создавая впечатление распределения инструментов
оркестра по глубине и существенно повышая пластичность и вырази-
тельность музыкальной передачи.
Ощущение объемности
Ощущение объемности является очень важным фактором в пси-
хофизиологии слухового восприятия. Это ощущение ставится в один
ряд вслед за ощущением громкости и высоты звучания [8]. Каждый
тон создает определенное ощущение пространства или объема. Высо-
кие тоны кажутся нам исходящими из локального источника, а низ-
кие — из источника, размещенного в пространстве, даже если их
субъективные громкости одинаковы. В данном случае по аналогии
11
с кривыми равной громкости оказалось возможным построить кри-
вые одинаковой объемности (рис 8) в зависимости от звукового
давления и частоты. Параметром кривых является громкость тона
1000 Гц, который вызывает одинаковое ощущение объемности Сред-
няя кривая показывает, для того чтобы тону 2000 Гц сравняться по
впечатлению объемности с тоном 500 Гц при звуковом давлении
40 дБ, необходимо обеспечить звуковое давление почти 100 дБ. Для
более высоких тонов это вообще недостижимо; поскольку уровни зву-
кового давления будут находиться выше порога болевого ощущения.
Видимо, априорное суждение об объемности звуков различной
высоты сложилось у человека в процессе его эволюции. Чем больше
размеры звукового источника, тем более низкие звуки он способен
излучать Поэтому писк комара и рев медведя подсознательно ассо-
циируются у нас с разными объемами излучающих тел.
С подобным случаем мы сталкиваемся и при субъективной оцен-
ке объема помещения, в котором излучается звук Характер отра-
женной энергии (ее величина и временная структура) позволяет су-
дить об объеме помещения.
Наличие отраженных волн в помещении снижает остроту лока-
лизации источников звука по направлению Источники гармонических
колебаний вообще нельзя локализовать в закрытом помещении, так
как из-за интерференции звуковых волн, отраженных от стен, потол-
ка и пола, образуется столь" сложная картина звукового поля, что в
каком бы месте ни находился слушатель, разность фаз звуковой вол-
ны в обоих ушах оказывается уже не связанной с направлением
на излучающий источник Интенсивность звуковой энергии из-за
большого числа отражений уже на небольшом расстоянии от источ-
ника достигает некоторого постоянного значения и не уменьшается
при дальнейшем удалении от него
Однако простой опыт показывает, что локализация легко удает-
ся, если звуковой источник попеременно включать и выключать или
излучать сигналы импульсной формы с резкими изменениями шиба-
ющей сигнала во времени Слух локализует источник звука по первой
приходящей к месту наблюдения волне. Образуется настолько силь-
ное впечатление направления, что оно не снимается при добавлении
диффузного поля, создаваемого отраженными волнами. Этот эффект
получил в литературе по акустике название эффекта предварения
12
или эффекта Хааса. Объясняется он явлением маскировки: сигналы,
попадающие в ухо первыми, снижают его чувствительность для сле-
дующих за ними сигналами.
Эффект предварения играет такую же важную роль и в слухо-
вой оценке удаленности источника звука. Интенсивность прямого зву-
ка при удалении от источника уменьшается пропорционально квадра-
ту расстояния. Поэтому в больших помещениях уже на расстоянии
3—5 м от источника доля прямой энергии в звуковом поле оказы-
вается меньше, чем доля отраженной. Оценивая отношение отражен-
ный/прямой звук, слуховой анализатор человека выносит суждение
об удаленности звучащего предмета. Известно, что передние инстру-
менты оркестра в концертном зале всегда слышны лучше, чем инстру-
менты дальних рядов, которые не только несут приметы дальнего
звука, но и прослушиваются намного слабее и поэтому легче пропа-
дают в общем звуковом фоне, обусловленном отражениями. Не слу-
чайно сложилась и классическая схема расстановки групп в оркест-
ре: струнные инструменты, обладающие сравнительно небольшой зву-
ковой мощностью, — впереди, духовые и ударные — сзади.
Пространственное слушание основывается, таким образом, на
совместном действии ощущения направления и ощущения расстоя-
ния. Известный американский акустик Е. Скучик писал по этому по-
воду [8]: «Физиолого музыкальное значение этого пространственного
слушания связано не столько с возможностью пространственной ло-
кализации источников звука, сколько с пространственным эффектом
ширины и глубины и обусловленной им живостью всей звуковой
картины. Мы должны слышать, как звук в оркестре переходит от од-
ного инструмента к другому, должны слышать, где стоит певец на
сцене — впереди, справа, слева или сзади. Равным образом, при игре
на органе перемещение звука от одной трубы органа к другой ощу-
щается как приятный эффект, необходимый для хорошего качества
звучания».
Очень важно для создания объемности и пластичности звучания
обеспечить хорошую передачу низкочастотных составляющих.
В больших помещениях вследствие значительной удаленности слу-
шателей от источника звука настоящий эффект расстояния и на-
правления может и не проявляться. Чтобы звуковая картина не по-
лучалась мертвой и плоской, идут на искусственное подмешивание
низкочастотных составляющих, например увеличивают в оркестре со-
став инструментов с низким регистром. Источники звука, которые по
своей природе обладают низкочастотными- процессами установления,
всегда кажутся нам расположенными вблизи. Этим и добиваются
эффекта пространственного звучания в больших помещениях.
Акустика и объем концертного зала, в котором исполняется му-
зыка, накладывают свой отпечаток на исполняемое музыкальное про-
изведение и способны в значительной степени усилить эстетическое
впечатление при. восприятии музыки. Поэтому столь важной оказы-
вается объемно-акустическая информация о помещении при прослу-
шивании музыкальных записей.
Суммарная локализация
Для создания эффекта прихода звуков с разных направлений пе-
редачу необходимо вести, как минимум, по двум самостоятельным
каналам, которые оканчиваются на стороне приема двумя громкого-
ворителями. К слушателю стереофонической передачи прямые звуки
13
приходят от каждого инструмента оркестра или другого источника
не из одной точки, как при слушании в естественных условиях, а из
двух, трех или более точек в зависимости от числа каналов звукопе-
редачи. Тем не менее каждый инструмент, как правило, локализуется
в определенной точке пространства, в определенном направлении.
Способность слуха к выработке суждения об одном единственном
направлении на звуковой источник, в то время как сигналы от него
приходят к слушателю с нескольких направлений, получила название
суммарной локализации.
Исследование явления суммарной локализации было положено
работой К. де Бура, опубликованной в 1940 г.
При бинауральной звукопередаче в первичном звуковом поле
устанавливается «искусственная голова», «уши» которой заменяются
двумя микрофонами с одинаковыми диаграммами направленности.
Каждый микрофонный сигнал (левый и правый) воспроизводится в
месте приема соответствующим головным телефоном и у слушателя
создается иллюзия присутствия в первичном звуковом поле, по
скольку каждое ухо воспринимает сигналы рсех звуковых источников
с соответствующими различиями по интенсивности и времени при-
хода. Хотя такой способ пространственной звукопередачи сравни-
тельно прост в техническом отношении и очень хорош в случаях, ког-
да, прослушивая звукозапись или радиопередачу, мы не хотим ме-
шать окружающим, все же ему присущ ряд серьезных недостатков.
Основной из них — неестественные условия прослушивания из-за на-
личия на голове телефонов. Вслед за поворотами головы слушателя
как бы поворачивается и весь оркестр, чего не бывает в условиях
естественного прослушивания. Наконец, бинауральной передаче свой-
ствен эффект локализации источников внутри головы слушателя, так
называемая латералпзация звуковых источников. Поэтому для всей
слушательской аудитории были применены два общих «наушника» —
установленные в помещении прослушивания два разнесенных громко-
юворителя. На рис. 9 показано расположение громкоговорителей от-
носительно головы слушателя в опытах К. де Бура при исследовании
суммарной локализации. Расстояние между громкоговорителями (ба-
за Ь) составляло 3,5 м. На таком же расстоянии от линии громкого-
ворителей находился слушатель (h—b). Каждый громкоговоритель,
таким образом, был расположен под углом 0=26,5°.
Когда от общего источника звуковой программы к громкоговори-
телям подводили идентичные сигналы Л и П равного уровня, слуша-
телю казалось, что источник находится точно посредине между гром-
коговорителями, т. е. там, где нет никакого излучателя. Если уровень
сигнала в одном из громкоговорителей, например в правом, начина-
ли уменьшать, кажущийся источник постепенно смещался в сторону
более громкого левого громкоговорителя. Зависимость угла локали-
зации а кажущегося источника S от разности уровней излучаемых
Л
сигналов 6 = 20 1g — показана на рис. 10.
Кажущийся источник звука можно было передвигать в преде-
лах угла 20 также введением временного сдвига между сиг-лалами.
Для задержки одного из сигналов К. де Бур удалял громкоговори-
тель от слушателя в радиальном направлении (на рис. 9 смещенный
громкоговоритель изображен пунктиром). При этом громкость всег-
да регулировалась таким образом, чтобы в месте расположения слу-
шателя интенсивность звука обоих громкоговорителей оставалась
14
одинаковой Зависимость направления на кажущийся источник звука
(угла локализации), от временного сдвига показана на рис. 11. Ка-
жущийся источник постепенно смещается в сторону громкоговорите-
ля, излучающего опережающий сигнал, а при сдвиге немного более
3 мс совпадает с ним
Примечательно, что суммарная локализация возможна при таких
временных сдвигах между идентичными сигналами, которые значи-
тельно превышают временные
сдвиги сш налов у ушей слуша-
теля при естественном восприя-
тии одиночного источника (см.
рис. 3).
Из рис. 10 и 11 следует,
что между разностью уровней
двух излучаемых сигналов и
временным сдвигом между ни-
ми существует эквивалентность
(ptfc. 12). Действие одного па-
раметра может быть скомпен-
сировано другим. Например,
для локализации источника
звука в направлении точки 5,
изображенной на рис. 9, необ-
ходимо, чтобы уровень сигнала,
излучаемый левым громкогово-
рителем, был на 5 дБ больше
уровня сигнала правого.
Рис. 11.
Но если при этом задержать сигнал Л по отношению к П на
1 мс, кажущийся источник вернется в среднее между громкоговори-
телями положение, как в случае равенства интенсивностей и отсутст-
вия временно! о сдвига между сигналами.
Последующие эксперименты, проведенные другими исследователя-
ми, показали, что обнаруженные К. де Буром зависимости угла лока-
лизации от разности уровней и временного сдвига сигналов опреде-
ляются многими факторами, в первую очередь акустическими усло-
виями в помещении прослушивания: зависимости а==/(б) и а=/(т),
получаемые в условиях жилой комнаты, заметно отличаются от соот-
ветствующих зависимостей, получаемых в условиях полностью заглу-
шенной комнаты или в условиях свободного пространства. Характер
кривых зависит и от угла, под которым слушатель принимает звуки
от громкоговорителей — крутизна растет с увеличением угла 0.
15
В экспериментах с использованием узкополосных шумов было уста-
новлено также, что характер кривых является частотно-зависимым
Разброс экспериментальных данных по локализации кажущегося
источника звука представлен на рис. 13. Заштрихованная зона вклю-
чает в себя зависимости угла локализации речи, шума и импульсов
от разности уровней для угла 0 = 30°. Кривая 1 соответствует выра-
жению
sin а	Л — П
sin 0	Л + П
rjit Л и П — амплитудные значения синфазных сигналов, подводи-
мых к левому и правому громкоговорителям.
В большей степени приближается к средним значениям экспери-
ментальных данных кривая 2, соответствующая выражению
tga _ Л-П
tg0 Л + П '
Выражение (5) получается из условия восстановления точной
физической картины звукового поля (восстанавливаются прямолиней-
ные колебания частиц воздуха)
Hfj	на оси симметрии двухканаль-
Рис. 14.
ной синфазной стереофониче-
ской системы [10], т. е. в слу-
чае, когда временные сдвиги
между сигналами, приходящи-
ми к слушателю, отсутствуют.
При излучении идентичных сиг-
налов тремя или более громко-
говорителями создать анало-
гичные условия можно только
для одного слушателя, разме-
стив излучатели по окружности
с центром в точке расположе-
ния слушателя. Установлено
[11], что при использовании че-
тырех громкоговорителей, рас-
положенных согласно схеме,
изображенной на рис, 14, угол
16
локализации кажущегося источника а определяется выражением
sin ос	»77п Л3 — П3 ~ Пц
sin0	Лп + Лз + Л3 + /7п ’
где 0 — угол, образуемый каждым из четырех громкоговорителей с
осью симметрии головы слушателя; Лп, Л3, П3, Па — амплитудные
значения идентичных сигналов, подводимых соответственно к левому
переднему, левому заднему, правому заднему и правому переднему
громкоговорителям. В частности, при 0=45°
1 Лп Л3 — П3 — /7д
]/~2	*^п+^з+^з+ Г1ц
(7)
Следует отметить одну интересную особенность суммарной ло-
кализации двух источников, излучающих равновеликие синфазные
сигналы. При приближении слушателя к громкоговорителям кажу-
щийся источник начинает приподниматься над линией, соединяющей
громкоговорители, пока, наконец, при 0 = 90° он не оказывается над
головой слушателя. Угол подъема кажущегося источника приближен-
но может быть определен по формуле
-I / Л2 +/72 + 2Л/7 cos 20
?=агссоч|/ ——_—.
Чтобы обеспечить естественное расположение кажущихся источ-
ников звука в горизонтальной плоскости, следует стремиться к то-
му, чтобы передние громкоговорители были расположены по отноше-
нию к слушателю под углом 0 не более 45°.
Если два громкоговорителя излучают равные по уровню проти-
вофазные сигналы, то кажущийся источник не удается локализовать
в пределах базы громкоговорителей, он как бы выходит за пределы
базы (а>0), вызывая в то же время неестественное субъективное
впечатление: слушатель ощущает неприятное боковое давление на
уши. Эффект проявляется тем в большей степени, чем сильнее за-
глушено помещение прослушивания. Это обстоятельство вызывает не-
обходимость фазирования (соблюдения правильной полярности) ка-
налов системы стереофонической передачи.
Обеспечить на практике одновременность прихода сигналов от
двух громкоговорителей можно только для нескольких слушателей,
находящихся на средней линии воспроизводящей установки, либо
вообще только для одного слушателя в случае использования трех,
четырех и более громкоговорителей. Поэтому наряду с существова-
нием разницы уровней нужно считаться и с наличием. временных
сдвигов между идентичными сигналами. Временные сдвиги могут
возникать не только в месте прослушивания, но и в месте записи
стереофонической программы, когда используются разнесенные мик-
рофоны
Зависимость положения кажущегося источника звука от времен-
ного сдвига еще более неоднозначна, чем зависимость этого положе-
ния от разности уровней. На рис. 15 показана зависимость угловою
положения кажущегося источника звука’для двух тонов с частотой
327 (кривая 1) и 1030 Гц (кривая 2). Измерения проводились в за-
глушенной комнате при угле 0=30°
Существенная зависимость от частоты приводит к тому, что при
реальных звуковых сигналах со сложным спектром (речь, музыка)
2—656
17
кажущийся источник хотя и локализуется в некотором определен-
ном направлении в пространстве между двумя громкоговорителями,
он не воспринимается таким же четким, как в случае работы только
одного громкоговорителя, границы источника звука кажутся размы-
тыми, звук становится более объемным и полным.
Этот псевдостереофонический эффект был известен давно, но
наиболее полно и тщательно был исследован Хаасом в 1951 г.
В опытах на речевом сигнале было установлено, что ощущение объем-
ности сохраняется при изменении временного сдвига в диапазоне от
1 до 30 мс. При равенстве двух сигналов по уровню и постепенном
введении временного сдвига от нуля кажущийся источник, как уже
отмечалось, начинает смещаться в
сторону громкоговорителя, излучаю-
щего опережающий сигнал, пока при
т>3 мс не совпадет с ним. Второй
громкоговоритель совсем не воспри-
нимается, хотя его присутствие повы-
шает гулкость звучания. Такое поло-
жение сохраняется при увеличении т
до 30 мс. При т=40 мс запаздывание
звука становится заметным как эхо,
хотя звук по-прежнему кажется при-
ходящим из опережающего громкого-
ворителя. И только при задержках,
превышающих 50 мс, громкоговори-
тели воспринимаются раздельно.
Граница перехода запаздываю-
щих сигналов в эхо существенно за-
висит от временной структуры зву-
кового сигнала: для щелчков она приближается к 10 мс, при прослу-
шивании некоторых музыкальных произведений составляет сотни
миллисекунд.
Для стереофонической передачи существенное значение имеет
интервал временных сдвигов между идентичными сигналами от нуля
40\г—
////////У///7Л}
^кализицияуу//
только 8 левом%%7/
громкоговорителе
Локализация в середине
-БО „-Ц0 ДоДДй
-201
мс
^локализация/^
только в правом/у/ул/>^
'громкоговорителе'
Г
WVW WMV/,
-40
Опережает сигнал Л
Опережает сигнал П
Рис. 16.
18
до 3—4 мс. При задержках, лежащих в этом интервале, запаздыва-
ющий сигнал способен «сплавляться» в звуковом анализаторе слуша-
теля в сигнал единого источника, имеющего вполне определенное по-
ложение в пространстве между громкоговорителями.
При временных сдвигах, лежащих в области 3—30 мс, звук ка-
жется исходящим из громкоговорителя, излучающего опережающий
сигнал, даже если другой громкоговоритель излучает сигнал с боль-
шим уровнем [2]. Это иллюстрирует рис. 16, где изображены зоны
локализации источника звука в зависимости от разности уровней сиг-
Л
налов, излучаемых левым и правым громкоговорителем 6—20 1g —
и временным сдвигом т между сигналами.
Для того чтобы в диапазоне 10—20 мс звуковой источник казал-
ся расположенным посредине, уровень запаздывающего сигнала дол-
жен на 10 дБ превышать уровень опережающего. Наконец, чтобы от-
стающий звук полностью подавил опережающий, разница их уровней
должна быть увеличена до 30 дБ.
Стереофоническое прослушивание
Из рассмотрения явления суммарной локализации следует, что
для неискаженного восприятия звуковой картины слушатель стерео-
фонической передачи должен занимать определенные положения от-
носительно громкоговорителей. Для двухканальной системы стереофо-
нии эти положения находятся на оси симметрии громкоговорящей
установки. При смещении слушателя в сторону от этой оси возника-
ют дополнительные временные сдвиги и несколько изменяется соотно-
шение уровней воспринимаемых звуков. В результате срединные зву-
ковые источники смещаются в сторону более близкого громкоговори-
теля, первоначальная структура звуковой картины нарушается, ее
протяженность сокращается.
Все же некоторые искажения локализации допустимы. Если при
ширине базы громкоговорителей, равной 3 м, допустить возможность
смещения срединных источников на ±50 см, то при удалении на 3 м
от базы слушатель может смещаться от оси на ±10,5 см, при удале-
нии на 5 м допустимы смещения на ±19 см. Геометрическим местом
точек, обеспечивающих постоянный времен-
ной сдвиг между синфазными сигналами
двух громкоговорителей является гипербола
с фокусами в точках расположения громко-
говорителей. Зона удовлетворительной лока-
лизации, т. е. зона, в которой проявляется
стереофонический эффект, располагается
между двумя ветвями гиперболы, расширя-
ющимися при удалении слушателя от базы
(рис. 17).
Применив громкоговорители с более
широкой характеристикой направленности
излучения, можно расширить зону стерео-
фонического эффекта (при той же заданной
величине искажений локализации) в 1,5—
2 раза Еще более широкая зона стереофо-
нического эффекта получается при исполь-
2*
19
зовании громкоговорителей с большой Диффузностью излучения, на-
пример шаровых громкоговорителей. Однако такой способ связан с
нежелательным ухудшением остроты локализации. Хорошего эффек-
та в смысле расширения зоны слушательских мест (обозначена штри-,
ховкой на рис. 18) можно добиться при использовании дополнитель-'
ных громкоговорителей или групп громко! оворителей (рис. 18) с
такими характеристиками направленности, что слушатели, располо-
женные не на оси воспроизводящей системы, облучаются от удален-
ного громкоговорителя большей энергией, чем от близлежащего.
В данном случае используется метбД компенсации, основанный на
эквивалентности между разностью уровней и временным сдвигом
между сигналами (см. рис. 12).
При стереофоническом прослушивании, таким образом, сущест-
венное значение имеют характеристики направленности громкогово-
рителей, их расположение в помещении, а также акустические осо-
бенности помещения (степень его заглушенности). Наилучшим мес-
том при прослушивании двухканальною стереозвучания является
такое место на оси воспроизводящей установки, когда громкоговори-
тели образуют вместе со слушателем равносторонний треугольник,
т. е при 0=30°.
На рис. 19 изображена зона оптимального прослушивания четы-
рехканального стереозвучания (зона квадрафонии). Эта зона огра-
ничена четырьмя гиперболами. Для каждой из них фокусы находят-
ся в точках расположения соответствующей пары громкоговорите-
лей В центре помещения образуется восьмиугольник, близкий к
окружности с диаметром около 30 см (при расстоянии между громко-
говорителями, равном 3—4 м).
Зона квадраэффекта может быть расширена при учете рекомен-
даций относительно характеристик направленности и расположения
громкоговорителей. В этой зоне слушатель может правильно оцени-
вать направление на кажущиеся источники звука, окружающие его
со всех сторон в пределах угла 360°. В практических условиях ис-
точники звука, расположенные сбоку и сзади слушателя (при квад-
рафонической передаче ими в большинстве случаев являются отра-
Рис. 19.
20
жени я первичных звуков от стен помещения), не играют определя-
ющей роли, поэтому возможны другие варианты расположения
громкоговорителей в комнате прослушивания (см. рис 34).
КВАДРАФОНИЧЕСКАЯ ЗВУКОПЕРЕДАЧА
При записи или передаче звука на расстояние, превышающее
пределы распространения звуковых волн, применяют технические
средства, с помощью которых осуществляют электроакустическое
преобразование, усиление и обра-
ботку передаваемых сигналов. Со- 12	3	ц
вокупность этих средств назы- Q—ГП—I—| , ,	|—|
вают каналом звукопер е-	'
дачи.	7	I 5 5
Простейшая схема канала мо- ГП—I	I-----------1—| )—
нофонической звукопередачи изоб-
ранена на рис 20. В микрофоне I
звуковые колебания источника	Рис. 20.
звука преобразуются в электриче-
ские, напряжение которых повыша-
ется в усилителе 2. Далее следует устройство записи-воспроизведе-
ния 3, служащее для -консервации звука. Для передачи звука на
расстояние сигналы преобразуются в блоке 4 для их передачи по
линии связи 5, в качестве которой может использоваться как провод-
ная, так и беспроводная линия. При передаче по беспроводной линии
связи модулированные электромагнитные колебания в месте приема
демодулируются в блоке 6. Полученные сигналы звуковой частоты
или сигналы, воспроизведенные блоком 5, усиливаются усилителем 7
и превращаются громкоговорителем 8 в звуковые колебания, анало-
гичные тем, которые воздействовали на микрофон 1.
При стереофонической1 звукопередаче используются несколько
таких'Каналов (в частности, два). Квадрафоническая система запи-
си-воспроизведения содержит четыре канала звукопередачи. Началь-
ным звеном каждого канала является микрофон. Рассмотрим спосо-
бы расположения микрофонов в студии записи или концертном зале
для квадрафонической звукопередачи.
Простые способы микрофонного звукоприема
Способ четырех разнесенных микрофонов. При приеме звука
можно использовать четыре микрофона, одинаковых по чувствитель-
ности и характеристикам направленности. Микрофоны одной пары,
обычно с параллельно-ориентированными акустическими осями, рас-
полагают на некотором расстоянии друг от друга перед исполнителя-
ми; они служат в основном для приема прямых звуков. Вторую пару
микрофонов размещают в зале (или в глубине студии) и ориентиру-
ют для приема отраженных звуков (рис 21). Левый микрофон пер-
вой пары воспринимает звуковые колебания от источников звука, на-
ходящихся главным образом слева, а правый микрофон — от источни-
ков звука справа. Источники звука в центре воспринимаются обоими
микрофонами одинаково.
При приеме звуков от разнесенных источников возникает разни-
ца в интенсивности и времени прихода сигналов к микрофонам. Эта
разница дает возможность определить в помещении приема направ-
ление прихода звука от кажущегося (виртуального) источника. Пе-
21
ремещение источника звука относительно микрофонов достаточно
правильно оценивается слушателем в пределах угла, называемого
углом восприятия. Но при приближении источников звука к
средней лиции между микрофонами происходит «скачок» кажущего-
ся источника звука из левого громкоговорителя в правый (или нао-
борот). Для хорошей звукопередачи необходимо увеличить угол вос-
приятия, что достигается расстановкой микрофонов на сравнитель-
но небольшом расстоянии (20—40 см). При разнесении микрофонов
Рис. 21.
на 80—100 см звуковая картина распадается на левую и правую, а
звучание центральных источников ослабляется («провал середины»).
Способ звукоприема с использованием двух разнесенных микрофонов
получил название способ АВ.
Вторая пара микрофонов служит для передачи акустических
особенностей помещения. При воспроизведении квадрафонической
звукопередачи у слушателя в домашних условиях должно возникнуть
впечатление пребывания в концертном зале или студии звукозаписи.
Вообще квадрафоническая звукопередача должна создавать у слу-
шателя иллюзию переноса из жилой комнаты в концертный зал, в то
время как двухканальная звукопередача создает в лучшем случае
впечатление переноса первичных источников звука в помещение про-
слушивания.
К недостаткам способа разнесенных микрофонов относится не-
полное удовлетворение условий совместимости Подробнее о совме-
стимости будет сказано далее, здесь же отметим, что четырехка-
нальная звукопередача должна допускать возможность воспроизве-
дения как на двухканальйых, так и монофонических аппаратах. Это
означает, например, что сумма сигналов всех четырех микрофонов дол-
жна обеспечивать полноценное звучание при монофоническом вос-
произведении. Однако при сложении сигналов микрофонов первой
пары вследствие разности ходов звуковых волн от источника до каж-
дого микрофона может возникнуть усиление или ослабление отдель-
ных частотных составляющих этих сигналов в зависимости от того,
в фазе или противофазе приходят к микрофонам звуковые волны,
соответствующие этим частотам. Для устранения этого недостатка
было предложено вместо двух пространственно разнесенных микро-
фонов каждой пары применить два совмещенных микрофона.
Способ двух пар совмещенных микрофонов. Совмещенные мик-
рофоны для квадрафонической звукопередачи применяют в двух ва-
22
риантах. В первом варианте каждую пару образуют два одинаковых
микрофона с диаграммой направленности в форме кардиоид
(рис. 22, а) или восьмерок (рис. 22,6), акустические оси которых об-
разуют прямой угол, подобно координатным осям X и У, откуда
этот вариант получил название XY. Обычно, оба совмещенных микро-
фона располагаются один под другим на общей вертикальной оси
Одна пара микрофонов устанавливается ближе к исполнителям, а
1Ф
другая — в достаточном отдалении от них (рис. 23). Так же как и
в способе разнесенных микрофонов, источники звука, расположен-
ные в левой стороне угла 90°, являющегося углом восприятия, будут
восприниматься микрофоном X первой пары, а источники в правой
стороне этою угла — микрофоном У. Центральные источники вос-
принимаются обоими микрофонами Вследствие этого громкость
источников звука, расположенных посредине, усиливается и они как
бы приближаются к слушателю Электрические сигналы, принятые
микрофонами, будут отличаться только по интенсивности, поэтому
определение направленности на отдельные источники звука в месте
приема производится по различной интенсивности выходных cnrfia-
лов микрофонов, отчего способ XY называют также интенсивност-
ным способом
Во втором варианте для образования каждой пары используют
микрофон одностороннего приема (например, с кардиоидной диаграм-
мой направленности) и микрофон с двусторонней диаграммой на-
правленности в форме восьмерки (рис 24) Акустическая ось микро-
фона М одностороннего приема ориентирована на середину звуково-
23
го поля, а микрофон S ориентирован своей осью в перпендикулярном
направлении. Такая комбинация микрофонов обозначается символа-
ми MS, которые являются первыми буквами немецких слов Mitte —
середина и Seite — сторона. При этом способе микрофон М воспри-
нимает звуковую информацию о всем звуковом поле, а микрофон
S — составляющую о сторонах звукового поля. Интенсивность зву-
ков, принимаемых каждым микрофоном М и S будет различна. Не-
обходимо отметить изменение фазы выходного сигнала двунаправ-
ленного микрофона S при пересечении движущимся источником зву-
ка его оси минимальной чувствительности. Если в рассмотренных
способах сигналы с первой пары микрофонов позволяют непосредст-
венно получить информацию о направленности источников в звуко-
вом поле, то в варианте MS выходные сигналы левого и правого
передних каналов получаются после суммирования и вычитания сиг-
налов каждого микрофона в суммарно-разностном преобразователе.
На выходе суммарно-разностного преобразователя получается сум-
марный сигнал Af+S, соответствующий информации об источниках
звука, расположенных слева, и разностный сигнал М—S о правой
стороне звукового поля. Образование этих сигналов поясняется рис.
25 и 26. На рис. 25 показана зависимость выходного напряжения U
микрофонов М (кривая /) и $ (кривая 2) от угла направления на
источник звука. Складывая и вычитая эти напряжения, получаем за-
висимости сигналов Л и П на выходе суммарно-разностного преобра-
зователя от угла прихода звука (рис. 26, кривая 1 показывает на-
пряжение левого канала Л=М+8, а кривая 2— правого канала
П=М—S).
Источники звука, находящиеся в пределах угла восприятия ±45°
(зона ограничена на рисунке пунктирными линиями), обеспечивают
/ Л \
разность уровней сигналов в каналах передачи 1201g к изменя-
ющуюся от нуля до бесконечности. Благодаря этому при воспроизве-
дении кажущиеся источники звука распределяются в пространстве
между передними тромкоговорителями.
Рассуждая аналогичным образом, можно показать, что работа
задней пары микрофонов, которые удалены от исполнителей и при-
24
нимают отраженные от стен сигналы, приводит к образованию ка-
жущихся отражений. При воспроизведении эти отражения создаются
задними громкоговорителями.
Регулирование акустической ширины и направления (панорами-
рование). Способ MS получил достаточно широкое распространение
при звукозаписи вследствие возможности управления акустической
шириной воспроизводимой картины и ее смещения в любое простран-
ство между громкоговорителями. Акустическую ширину можно ре-
гулировать изменением соотношения уровней сигналов М и S. При
уменьшении уровня сигнала S суммарные и разностные сигналы в
левом и правом передних каналах будут все меньше отличаться друг
от друга, что эквивалентно сужению ширины звукового образа при
воспроизведении. Если сигнал S уменьшается до нуля, то каждый
канал будет передавать одинаковую информацию и звуковой образ
сузится в одну точку, расположенную посредине между громкогово-
рителями (монофоническое звучание). Увеличивая сигнал S относи-
тельно сигнала 7И, можно вывести звуковую картину за пределы ба-
зы. Однако необходимо учитывать, что при нарушении баланса гром-
кости сигналы крайних- левых источников появятся в правом канале
В противоположной фазе, что может исказить звуковую картину. Из-
менение положения звуковой картины осуществляется путем добав-
ления сигнала М к сигналу S в различной фазе. Одна из схем, при-
меняемых для регулировки ширины и направления, приведена на
рис. 27, а графическое пояснение ее действия — на рис. 28. В этой
схеме сигнал М без изменения
подается на выход, а сигнал S
преобразуется с помощью мос-
тиковой схемы. Схема содер-
жит регулятор акустической
ширины Rm и регулятор на-
правления /?н, состоящий из ре-
зисторов Rr~Rb и двух движ-
ков, которые могут поворачи-
ваться на 360° и переходить с
резисторов Ri и Rz на осталь-
ные резисторы. Как видно из
схемы, на одну диагональ mqc-
та поступает сигнал М, а на
“Другую — сигнал S. Если дви-
жок 1 регулятора установить в
точку а, а движок 2 — в точку
в (начальное положение), то
Рис 27.
25
сигнал S поступит на выход без изменения своей величины и смещения
звуковой картины не произойдет (строка 1 на рис. 28). При повороте
регулятора против часовой стрелки (к точкам б и г) на выходных
зажимах S появится положительная составляющая сигнала М, сле-
довательно, звуковая картина будет, сужаясь, смещаться влево
(строка 2). При совмещении движка 1 с Точкой г, а движка 2—
с точкой б на каждом из двух выходов возникнет сигнал М, источ-
ник звука при любой ширине сожмется в точку (строка 3) и звук
будет воспроизводиться (после суммарно-разностного преобразовате-
Рис. 28.
противоположной фазе,
ля) через один левый громкоговоритель, так
как сигнал левого канала будет Л=Л14-
-]-М=2М, а сигнал правого канала П—
=М—М=0.
При дальнейшем повороте регулятора
против часовой стрелки движки переместят-
—fa, что приведет к из-
менению на 180° фазы
сигнала S (строчка 4).
При положении движка 2
в точке а (движок 1 в
точке в) получается зер-
кальное отражение пер-
вичной звуковой картины
(строчка 5). Вращая ре-
гулятор в том же на-
правлении, движок / бу-
дет смещаться по рези-
стору /?2, что приведет к
сокращению ширины зву-
ковой картины (строчка
6). Когда движок 1 до-
стигает точки б, то на
двух выходах схемы воз-
никнут сигналы Af, но в
следовательно, сигнал левого канала Л=0,
а правого /7=27И, и звук будет излучаться только правым громкого-
ворителем (строка 7). В этом случае звуковая,картина смещается
из одного крайнего положения в другое.
При возвращении регулятора в начальное положение (движок 1
перемещается по резистору /?з) звуковая картина будет расширяться
(строка 8) до начальной ширины (движок 1 в точке а, строка 9).
Регулятор ширины /?ш изменяет сигнал S от номинальной вели-
чины (S=7W) до нуля, при этом акустическая ширина изменяется от
полного значения до минимума (строки 9—11). Если акустическая
ширина звуковой картины стянута в одну точку, то с помощью ре-
гулятора направления эту точку можно расположить в любом месте
между громкоговорителями.
Пассивные элементы схемы регулятора ширины и направления
можно заменить активными усилителями с переменным коэффициен-
том усиления. Одна из таких схем показана на рис. 29. Коэффици-
енты усиления Ki и Кг усилителей 1 и 2 изменяются от —1 до +1
(знак минус означает поворот фазы на 180°). Эти усилители исключа-
ют переход сигналов из канала S в канал М (3— суммарно-разност-
ный преобразователь). Если Ki = 0, то сигнал S не проходит, следо-
вательно, S'=±M и источник звука независимо от его ширины сгя-
26
гивается в точку, совпадающую с одним из двух громкоговорителей
воспроизводящей системы (строка 3 при Лг=1 на рис. 28 и строка 7
при Къ— 1). Если Л2—О, т0> изменяя Ki от 1 до 0, можно умень-
шить ширину звуковой картины от максимальной до минимальной,
при которой звуковая картина будет стянута в точку, расположен-
ную в центре базы громкоговорителей. Изменяя совместно коэффи-
циенты усилителей (регулятора ширины 1 и регулятора направле-
ния 2), можно управлять обоими параметрами, т. е. изменять на-
правление на звуковую картину и уменьшать ее ширину.
Описанные регулировки можно осуществить, используя также
совмещенные микрофоны, работающие по способу XY, при этом на
входе регулятора необходимо включить суммарно-разностный пре-
образователь. Такое включение объясняется общими свойствами сов-
мещенных микрофонов, которые качественно описываются символи-
ческими соотношениями: X+Y=M,	X—У=5, М—3=У,
означающими, что путем суммарно-разностных преобразований
можно легко переходить от системы ХУ к системе MS и наоборот.
Комбинированные способы микрофонного звукоприема
Классические способы приема звуков с помощью разнесенных
микрофонов (способ АВ) и совмещенных микрофонов (способы XY
и MS) в настоящее время редко применяются в чистом виде. При
записи крупных музыкальных форм и особенно эстрадной музыки
все большее применение получают монофонические микрофоны, сиг-
налы с которых распределяются затем в требуемом соотношении
между двумя каналами. Разделение монофонического сигнала по ка-
налам производится панорамным регулятором. Принцип действия
панорамного регулятора и создаваемый им эффект перемещения ис-
точника звука показаны на рис. 30, а, б. При смещении движка ре-
гулятора из положения 1 в положение 3 источник звука смещается
слева направо.
Панорамные регуляторы (панорамные потенциометры) позволя-
ют поместить источник звука в любую точку стереобазы при двухка-
нальной передаче или имитировать приход звука из любого направ-
ления в пределах 360° при квадрафонической звукопередаче. Для
передвижения кажущегося источника вокруг слушателя можно при-
менять круговой панорамный регулятор С. В. Марсова, который с
От одиночного
2 микрофона q
Обо
Левый Правый,
канал канал
а.)
I
I
I
I
I
I
I
I
<0
Рис. 30.
27
успехом использовался при создании многоканального звукового со-
провождения панорамных и кругорамных фильмов На рис 31 изоб-
ражен четыр^хканальный вариант такого регулятора. По замкнутому
кольцевому регулятору, состоящему из большего количества после-
довательно соединенных резисторов, скользят три механически свя-
занные между собой щетки. Выходное напряжение монофонического
источника подводится к средней щетке 1 и электрически соединен-
ным крайним щеткам 2. Когда щетка 1 находится в точке а, па вход
каналов Ла и Па подаются равные сигналы и кажущийся источник
локализуется слушателем по-
средине между передними
громкоговорителями. При вра-
щении системы щеток по часо-
вой стрелке кажущийся источ-
ник звука постепенно смещает-
ся к правому переднему гром-
коговорителю. В тот момент,
когда средняя щетка находится
в точке б, сигнал подается
только на вход канала /7П, а в
соседних каналах Ла и П3 сиг-
налы отсутствуют, потому что
крайние щетки смещаются в
точки дне. Продолжая вра-
щать ручку регулятора, кажу-
щийся источник можно посте-
пенно переместить в канал П3
(точка в), в канал Л3 (точка г),
в канал Ла (точка д) и, нако-
нец, привести в первоначальное
положение.
В звукозаписи существует
два диаметрально противопо-
ложных принципа использова-
ния микрофонов: принцип ми-
нимального их количества (для
квадрафонической записи четыре) и принцип полимикрофон-
ной техники, по которому в идеальном случае каждому инстру-
менту выделяется один или даже несколько микрофонов. Первый
принцип применяется для записи классических музыкальных произ-
ведений и иногда для литературно-драматических форм; второй
принцип особенно часто используется для записи эстрадной музыки,
а также музыкальных произведений, требующих детализации отдель-
ных составляющих звуковой картины.
При квадрафонической записи эстрадной и джазовой музыки пе-
редача акустической особенности помещения отходит на последний
план. Главное внимание уделяется созданию такого звукового окру-
жения, при котором доминирующее значение приобретает высокая
степень ясности и четкости звучания и рельефная проработка отдель-
ных тембров. Эти требования выполняются благодаря использованию
принципа «каждой группе инструментов — свой микрофон», а также
широкому применению новейших технических средств Акустическое
разделение исполнителей и микрофонов достигается применением
акустических щитов. В этом случае исполнители рассаживаются в
достаточно большой студии с сильным заглушением на некотором
28
расстоянии друг от друга, но так, чтобы они видели дирижера Мик-
рофоны отгораживают от посторонних источников звука акустически-
ми щитами и ставят на расстоянии 5—15 см от музыкального ин-
ргрумента, чтобы прямой звук инструмента доминировал над посто-
ронними источниками звуков (запись ближним планом) Для ночного
разделения групп исполнителей применяются отдельные кабины
Связь с исполнителями в этом случае осуществляется через голов-
ные телефоны, информация на которые подается с пульта звукоре-
жиссера Для записи сигналов отдельных микрофонов применяются
магнитофоны с 8, 16 и даже 24 дорожками записи на ленте шириной
25,4 или 50,8 мм. Выполненные записи звукорежиссер впоследствии
сводит в окончательный вариант фонограммы.
К новым техническим приемам, применяемым для записи эстрад-
ной музыки, следует отнести кратковременные задержки сигналов
прямого звука для имитации первых акустических отражений, ис-
кусственные унисоны, фазовращатели, устройства для сдвига час-
тотного спектра и т. д.
При записи симфонической и оперной музыки в качестве прием-
ников прямых сигналов используют комбинацию разнесенных микро-
фонов и микрофонов, работающих по способу XY. Разнесенные мик-
рофоны обеспечивают широкую передачу звуковой картины, но по-
средственное воспроизведение ее середины, а микрофоны XY хорошо
передают звучание средних источников звука. Таким сочетанием
двух способов звукоприема удается взаимно скомпенсировать не-
достатки каждого из них.
Вообще запись больших ансамблей представляет для звукоре-
жиссера достаточно трудную задачу Приступая к работе над созда-
нием звуковой картины, звукорежиссер должен заранее представить
характер звучания музыкального произведения через- электроакусти-
ческий канал звукопередачи. Характер звучания в грубом прибли-
жении можно определить понятиями звуковой план, перспектива и
баланс, динамические нюансы, частотная коррекция, реверберация
и т. д Используя возможности квадрафонической звукопередачи,
звукорежиссер стремится выразительно и рельефно передать звуко-
вую информацию и тем самым наиболее полно сохранить художест-
венную ценность передаваемого звучания
Важным условием выполнения высокохудожественной записи яв-
ляется соответствие акустики студии или концертного зала музы-
кальному стилю и эпохе симфонического произведения. Это означает,
например, что музыку Баха нельзя записывать без реверберации,
имитирующей акустику церковных помещений, а симфонические про-
изведения Бетховена требуют пространственного звучания. Большое
значение имеет также способ размещения оркестровых групп, выбор
микрофонов и их расположение в студии записи или концертном зале.
Изложенные здесь соображения позволяют сделать вывод, что
квадрафоническую звукопередачу нельзя рассматривать как пассив-
ное отображение первичного звукового поля. Эстетическая оценка
качества звучания требует активного конструирования звуковой кар-
тины, творческой переработки звуковой информации, которая отличает
восприятие любой электроакустической передачи от непосредствен-
ного слушания Находясь в концертном зале, слушатель непосредст-
венно воспринимает звуковые сигналы, при этом мимика актера, жес-
ты дирижера, сценическая декорация в опере и игра артистов созда-
ют у слушателя зрительные и слуховые впечатления, усиливающие
29
эмоциональное воздействие При электроакустической передаче в це-
почку исполнитель—слушатель вклинивается звукорежиссер, который
должен передать слушателю с помощью технических средств не толь-
ко искусстве исполнителя, но и ощущение окружающей обстановки,
акустику зала.
Пульт звукорежиссера
Обработку звуковых сигналов звукорежиссер выполняет на пуль-
те. Здесь устанавливается необходимый уровень сигналов, изменяет-
ся их тембр, производится смешивание сигналов различных источни-
ков в определенном соотношении. На пульте осуществляются также
Рис. 32.
общая регулировка уровня выходных сигналов и их контроль с по-
мощью приборов и на слух через контрольные громкоговорители.
Современные пульты звукорежиссера имеют большое число входов
(в некоторых пультах 24 и более), позволяющих подключить разно-
образные источники. Используя различные технические средства (ре-
вербераторы, линии задержки, активные фильтры и др.), звукорежис-
сер стремится создать звуковую картину, способную произвести на
слушателя такое же эмоциональное воздействие, как и непосредст-
венное восприятие.
Упрощенная структурная схема пульта звукорежиссера приведе-
на на рис. 32. Сигналы с монофонических микрофонов /, число ко-
торых может достигать 20 и более, а также со стереофонических
микрофонов 2 типа АВ или XY и с микрофонов 3 типа MS (обычно
в количестве нескольких штук) после усиления (усилителями 4) и
регулирования уровня и тембра (регуляторами 5, 6) поступают на
панорамные регуляторы 7, квадрафонические потенциометры 8 или
регуляторы акустической ширины и направления 9. Затем следует
коммутационный блок 10, в котором сигналы объединяются в четыре
канала, при стереофонии — в два. После дополнительного усиления
и регулирования уровня (блоки 11 и 12) обработанные сигналы по-
даются на выход пульта звукорежиссера
Каждый мйкрофонный усилитель 4 имеет универсальный вход со
ступенчатым регулятором уровня, рассчитанный на подключение мик-
30
рофона или источника с большим уровнем сигнала. С помоцц^ ин-
дивидуальных регуляторов 5 звукорежиссер подбирает оптимальное
соотношение громкости звучания каждого источника звука и созда.
ет сбалансированный звуковой образ. Часто индивидуальные Регуля-
торы называют микшерами, подчеркивая этим их значение в Смеши-
вании сигналов. Важным элементом пульта звукорежиссера явля-
ется регулятор тембра 6, позволяющий поднять или ослабить сигналы
на отдельных частотах (или области частот) звукового диапазона.
При усилении музыкальных сигналов на определенных частотах
(формантах) звучание приобретает особую рельефность, а мужской
голос — блеск и грудной тембр. Современные регуляторы тембра поз-
воляют получить до 1000 различных вариантов частотных характе-
ристик.
С помощью панорамных регуляторов, потенциометров и регу-
ляторов акустической ширины и направления производится
сведение различных источников звука в заданное число каналов.
В коммутационном блоке 10 осуществляется всевозможная ком-
мутация входных сигналов. К этому блоку можно подключить раз-
личные дополнительные устройства, например ревербератор, ограни-
читель, сжиматель и т. д. Подмешивая к основному сигналу ревер-
берирующий, можно получить разнообразные звуковые эффекты,
придающие звучанию красочность. Измерители уровня 13, мощные
усилители 14 и контрольные громкоговорители 15 можно подключать
к различным точкам пульта звукорежиссера.
Для измерения уровня сигналов применяются световые индика-
торы с горизонтальным или вертикальным расположением шкал,
а для контроля фазовых соотношений выходных сигналов — стрелоч-
ные или осциллографические приборы. В стрелочном приборе (корре-
лометре) указатель отклоняется вправо от среднего положения при
наличии в каналах сигналов с одинаковой фазой. Если в каналах
преобладают сигналы с противоположными фазами, то стрелка при-
бора отклоняется влево, что указывает на плохую совместимость.
В осциллографических приборах (квадрагониометрах) при передаче
сигнала одного правого переднего канала световой след на экране
осциллографа образует линию, исходящую из центра экрана и накло-
ненную под углом 45° к горизонтальной линии. Световая линия от
сигналов левого канала наклонена под углом 135°. Каждому источни-
ку, расположенному по окружности 360°, соответствует определен-
ный угол наклона световой линии.
В заключение следует отметить, что бурное развитие микроэлек-
тронной техники позволило создать многофункциональные пулыы
звукорежиссера, позволяющие свести до 60 источников звука в че-
тыре выходных канала и выполнить множество операций для раз-
личной обработки сигналов. Сложность управления такими пультами
приходит в противоречие с физическими возможностями звукоре-
жиссера. Одним из кардинальных решений создавшейся проблемы
является применение электронно-вычислительных устройств для оп-
тимизации* процесса сведения многочисленных источников звука в
заданное число выходных каналов, а также для оперативного управ-
ления другими параметрами пульта.
Совместимость
Одним из основных показателей любого способа квадрафониче-
ской звукопередачи является его совместимость с существующими
двухканальными и монофоническими системами записи-воспроизве-
31
дения Под совместимостью понимают возможность воспроизведения
квадрафонической записи на двухканальном или монофоническом
устройстве, а двухканальной и монофонической записи — на устрой-
стве, предназначенном для квадрафонического воспроизведения Ко-
нечно, при воспроизведении квадрафонической записи на монофони-
ческом устройстве звучание перестает быть квадрафоническим, но
оно должно быть полноценным, обеспечивающим правильную пере-
дачу громкости и тембральной окраски всех источников звука, а так-
же звуковых планов, предусмотренных композитором и звукорежис-
сером
Совместимость разделяется на техническую и художественную
(эстетическую) Техническая совместимость показывает, в какой
степени качественные показатели суммы квадрафонических сигналов,
воспроизведенных через два или один канал, удовлетворяют требо-
ваниям, обычно предъявляемым к качеству двухканальной или моно-
фонической звукопередачи Это так называемая прямая техническая
совместимость Она определяется параметрами суммарного сигнала,
к которым относятся частотная характеристика, нелинейные искаже-
ния, отношение сигнал/шум и другие Основным фактором, приводя-
щим к нарушению прямой технической совместимости, является не-
правильная фазировка микрофонов или других устройств в квадра-
фонических каналах, а также неправильная расстановка мик-
рофонов в студии или концертном зале при квадрафониче-
ской записи Следует заметить, что полная совместимость до-
стигается только в способах совмещенных микрофонов (XY
или MS)
Под обратной совместимостью понимают возможность примене-
ния квадрафонической аппаратуры для воспроизведения двухканаль-
ной и монофонической записи
Художественная совместимость определяется тем, насколько при
воспроизведении квадрафонической записи через двухканальное или
монофоническое устройство будут правильно переданы такие поня-
тия, как пространственное впечатление, прозрачность звучания (раз-
личимость отдельных инструментов), музыкальный баланс (соотно-
шение уровней громкости оркестровых групп и отдельных инстру-
ментов), тембр звучания Художественная совместимость требует,
чтобы сумма квадрафонических сигналов давала такое же эстетиче-
ское впечатление, которое получает слушатель при воспроизведении
аналогичной двухканальной или монофонической записи Художест-
венная совместимость во многом зависит от расположения исполни-
телей относительно микрофонов. Выполнение условий технической
и художественной совместимости обычно контролируется звукоре-
жиссером во время пробных записей Только продуманная до мель-
чайших деталей и тщательно подготовленная предварительная рабо-
та позволяет получить записи, которые будут звучать четко, ясно и
выразительно при стереофоническом и монофоническом воспроизве-
дении
Важность выполнения требований совместимости определяется
тем, что все студийные записи на магнитную ленту классической и
эстрадной музыки (для радиовещания и производства грампласти-
нок) выполняются стереофоническими (в двухканальном варианте),
хотя объем стереофонического радиовещания пока намного меньше
монофонического Стереофонические записи на магнитную ленту де-
лают в расчете на будущее, когда стереофонические радиопередачи
будут преобладать над монофоническими.
32
фыбор громкоговорителей и их размещение в комнате прослуши-
вания
Рис 33
Основной задачей квадрафонического воспроизведения являет-
<я создание в помещении прослушивания акустической обстановки,
близкой к той, которая имеет место в концертном зале или студии во
время исполнения музыкального произведения Слушатель, сидящий
в. концертном зале, воспринимает, как известно, не только прямые
звуки, исходящие от различных источников на сцене (инструменты
оркестра, солисты) но и звуки,
многократно отраженные от стен,
потолка, мебели и т д Эти отра-
женные звуки характеризуют аку-
стические особенности концертно-
го зала или студии, они создают
вокруг сложное трехмерное зву-
ковое поле (рис 33) Отражен-
ные звуки достигают органов
слуха слушателя с некоторым за-
позданием по сравнению с пря-
мыми, так как во время мною-
Кратных отражений они проходят
более длинный путь Чем больше
отражений получает звук, тем
сильнее он ослабляется за счет
поглощения энергии отражающей
преградой Измерения интенсив
ностей прямых и отраженных
звуков в акустически хорошем
месте концертного зала показали,
что энергия прямых звуков мень-
ше энергии отраженных звуков
Таким образом, громкость звука
в помещении определяется в
основном интенсивностью отраженных звуков и только на очень
близком расстоянии от слушателя до исполнителен прямые
звуки могут быть равны по интенсивности отраженным звукам или
превышать их Возможность определения направления на источники
звука несмотря на незначительную интенсивность прямых сигналов
объясняется особенностями слухового аппарата человека, который
сравнивает между собой в основном первые сигналы, возбудившие
барабанную перепонку, т е прямые звуки (эффект Хааса) Из ска
занного следует, что отраженные звуки имеют большое значение в
формировании сложного звукового поля, окружающего слушателя
в концертном зале
Звуковое поле, образованное в помещении прослушивания при
Помощи двухканальной системы звукопередачи, будет несколько от
дичаться от естественного воля в концертном зале Для уменьшения
этого различия необходимо, чтобы слушатели в домашних условиях
воспринимали прямые звуки спереди, а отраженные — со всех воз
• можных направлений Образовать такое звуковое поле позволяют че
Тыре громкоговорителя Может возникнуть вопрос, почему нельзя
ограничиться скажем, тремя излучающими системами Ответ
На этот вопрос следует искать в психоакустических особенностях на
шею слуха Известно, что при двухканальном воспроизведении ис-
3—656
33
точник звука будет казаться расположенным посредине между пра-
вым и левым громкоговорителями, если каждый из них излучает
равновеликие и синфазные сигналы. Если теперь слушатель будет
приближаться к громкоговорителям, сохраняя одинаковым расстоя-
ние до каждого из них, то, как уже было отмечено на стр. 17, ис-
точник звука будет перемещаться вверх. В точке, расположенной
посредине между громкоговорителями, звучание будет казаться ис-
ходящим сверху. Из этой особенности следует, что если четыре гром-
коговорителя установить по углам прямоугольного помещения, тогда
Рис. 34.
слушатель в большинстве случаев будет находиться между двух
пар громкоговорителей, расположенных на противоположных сторо-
нах диагоналей. Такое расположение усиливает у слушателя впечат-
ление пространственного звучания. Этот эффект особенно заметен
при воспроизведении органной музыки, записанной в помещении с
высоким потолком, например, костеле.
Следовательно, для имитации в жилом помещении звукового
поля концертного зала необходимо через задние громкоговорители
воспроизвести сигналы, содержащие отраженные звуки. Подобная
имитация возможна только при правильном соотношении интенсив-
ностей прямых и отраженных звуков, которые устанавливаются зву-
корежиссером при записи и корректируются слушателем при вос-
произведении в соответствии с акустическими особенностями жилого
помещения.
Со времени появления квадрафонического воспроизведения мно-
гочисленные эксперименты проводились с целью выяснения опти-
мального размещения четырех громкоговорителей в помещении про-
слушивания. Были испытаны варианты расположения громкоговори-
телей по углам помещения или спереди, сзади, слева и справа, а
также полукругом спереди и т. д. Наилучшее качество воспроизве-
дения получается при расположении громкоговорителей по углам
квадрата, а слушателя — в точке пересечения диагоналей. Если такой
вариант невыполним или неудобен для данного помещения прослу-
34
шивания, то громкоговорители можно разместить по углам прямо-
угольника или правильной трапеции, причем в последнем случае два
передних громкоговорителя устанавливаются по меньшему основа-
нию, а два задних —по большему (рис. 34). Угол при каждой вер-
шине большого основания должен составлять 60—70°.
В отношении типа громкоговорителей идеальным является слу-
чай, когда все четыре акустические системы являются агрегатами
высшего класса, обеспечивающими высококачественное воспроизве-
дение. Но практические прослушивания показали, что достаточно хо-
рошие результаты получаются также
при использовании в качестве двух зад-
них более дешевых громкоговорителей,
имеющих меньший объем. В этом случае
низкочастотные сигналы в области 60 Гц
будут излучать два передних громкого-
ворителя, что является достаточным, та$
как на таких частотах органы слуха че-
ловека не в состоянии определить на-
правление прихода звуков.
Для квадрафонической записи в до-
машних условиях можно рекомендовать
располагать четыре микрофона следую-
щим образом. Первая пара микрофонов
с кардиодными характеристиками напра-
вленности устанавливается на расстоя-
нии 17 см друг от Друга, а оси их чувств
вительности разворачиваются на угол
110°. Вторая пара микрофонов распола-
гается на расстоянии 50—60 см от пер-
вой. Расстояние между микрофонами
второй пары должно быть равно 6—
8 см, а угол между осями их чувстви-
тельности 60° (рис. 35). Обратное расположение, кажущееся на пер-
вый взгляд бол^е целесообразным, создает концентрацию звучания
источников в центре и рассеяние к периферии.
В описанной системе первая пара микрофонов обеспечивает
стереофоническую звукопередачу источников звучания, а вторая па-
ра вследствие запаздывания звуковых сигналов создает эффект ре-
верберации.
Для воспроизведения выполненной записи громкоговорители сле-
дует расстанавливать на равных расстояниях по полуокружности пе-
ред слушателями. При расположении четырех громкоговорителей по
углам помещения оси направленности задней пары не должны быть
обращены непосредственно на слушателя.
КВАДРАФОНИЧЕСКАЯ МАГНИТНАЯ ЗАПИСЬ
Студийная техника
При современном уровне развития многоканальной техники за-
писать четыре квадрафонических сигнала на магнитную ленту не
представляет особых трудностей. Сформированный звукорежиссером
звуковой сигнал с выхода пульта подается на четырехканальный
магнитофон, где он записывается на четыре дорожки магнитной лен-
3*
35
ты. Запись (воспроизведение) квадрафонических сигналов произ-
водится при помощи четырех магнитных головок, объединенных в
один блок При квадрафонической записи очень важно, чтобы рабо-
чие зазоры каждой головки блока были расположены на одной пря-
мой, установленной перпендикулярно направлению движения магнит-
ной ленты При выполнении этого требования один и тот же сигнал,
поданный Одновременно на все входы магнитофона, запишется па
всех дорожках синфазно Правильная ориентация головок обеспечи-
вает совместимость квадрафонических, стереофонических и моно-
фонических фонограмм. Если квадрафоническую запись воспроизво-
дить на стереофоническом или монофоническом магнитофоне, то при
сложении сигналов будут отсутствовать потери, обусловленные фазо-
выми сдвигами. Кроме того, расположение всех рабочих зазоров го-
ловок на одной прямой позволяет проводить монтаж квадрафониче-
ских фонограмм обычным методом резки и склейки магнитной ленты.
Электронная часть квадрафонического магнитофона как бы
объединяет в себе четыре монофонических магнитофона. Она состоит
из четырех усилителей записи и четырех усилителей воспроизведения.
Для достижения совместимости амплитудно-частотные характеристи-
ки всех каналов записи и воспроизведения должны быть одинако-
выми.
В квадрафонических магнитофонах для всех каналов записи при-
меняют общий генератор, питающий током высокой частоты голов-
ку стирания и все головки записи. При применении нескольких ге-
нераторов вследствие их взаимодействия могут возникнуть интер-
ференционные помехи. Обычно для каждого канала записи пред-
усматриваются раздельные регуляторы тока высокочастотного
подмагничивания, позволяющие установить оптимальные значения то-
ка в головках записи.
Уже отмечалось, что в настоящее время в студийной технике
все большее распространение получает метод полимикрофрнной за-
писи, при котором перед каждым источником звука (или группой
источников) устанавливаются отдельное микрофоны. Не следует ду-
мать, что окончательный вариант записи получается ,после много-
кратных репетиций с исполнителями. Всю обработку звуковых сиг-
налов звукорежиссер производит в две стадии. Сначала он с мини-
мальной коррекцией после ограниченного количества проб записы-
вает сигналы с каждого микрофона на соответствующую дорожку
8, 16 или 24-дорожечного магнитофона. Затем, уже без исполните-
лей, звукорежиссер производит обработку записанных сигналов, и,
выбирая оптимальный вариант, сводит их в четыре канала.
Усложнение технологии записи, вызванное необходимостью све-
дения многоканальной информации в ограниченное число каналов,
требует в некоторых случаях перезаписи, во время которой ухудшает-
ся отношение сигнал/шум.
Для уменьшения уровня шума применяют различные способы
шумоподавления. В студийной практике широкое распространение
получил шумоподавитель Долби-А (названный по имени американ-
ского инженера Р. М. Долби) [13]. Как и все компандерные уст-
ройства, шумоподавитель Долби-А состоит из сжимателя (компрес-
сора) и расширителя (экспандера). В сжимателе, который включает-
ся перед магнитофоном, сигналы с низким уровнем завышаются на
10 дБ (рис. 36), а сигналы с большим уровнем передаются без из-
менения Сжатый сигнал записывается на магнитофоне так, чтобы
он был на 10 дБ выше шумов ленты. После воспроизведения сиг-
36
нал подается на расширитель, в котором усиленные в сжимателе
сигналы ослабляются до первоначального значения (т. е. на 10 дБ).
На такую же величину уменьшается уровень шума Как видно из
рис. 36, в рассмотренном случае подавление шума зависит от уров-
ня полезного сигнала. При больших уровнях отношение сигнал/шум
Входной,
сигнал
Сигнал
с большим
уровнем
Сигнал после Сигнал после
сжимателя расширителя
Сигнал
с малым
уровнем
Рис. 36.
Рис 37.
практически не изменяется. Если спектры сигнала и шума распо-
ложены в одной области частот, то неослабленный шум на фоне
сильного сигнала не воспринимается слушателем, так как он мас-
кируется этим сигналом. Если же спектры занимают различные об-
ласти частот, то шум получается модулированным полезным сигна-
лом. Такой шум неприятно воспринимается на слух. Для устранения
этого явления частотный диапазон звуковых частот (30—20 000 Гц)
37
разделяется в шумоподавителе Долби-А на четыре полосы (30—
80 Гц, 80—3000 Гц, 3—20 кГц и 9—20 кГц). В каждой из этих по-
лос применяется отдельный блок сжимателя — расширителя и шу-
моподавление производится отдельно в каждой полосе, поэтому при
разных спектрах шума и сигнала уровень шума ослабляется само-
стоятельно, независимо от уровня полезного сигнала.
В компандерном шумоподавителе DBX производится линейное
сжатие диапазона уровней входных сигналов в отношении 2:1 (рис.
37). Если, например, уровень входных громких сигналов на 100 дБ
(в 105 раз) превышает уровень
слабых сигналов, то на выходе
Рис. 38.
1600 Гц, 1,6—5 кГц и 5—20
сжимателя разница в уровнях со-
ставит 50 дБ). В расширителе пер-
воначальный диапазон восстанав-
ливается. Теоретически шумопода-
витель DBX производит двойное
снижение уровня шума (например,
с —40 до —80 дБ). К его недо-
статкам относится изменение вы-
сокочастотного шума в зависимо-
сти от изменения уровня низкоча-
стотного сигнала.
Для устранения этого недо-
статка фирма Telefunken разрабо-
тала новый студийный шумопода-
витель Telcom с4, состоящий из
четырех блоков шумоподавления,
каждый блок работает в диапазо-
не частот 30—160 Гц, 160—
кГц. Коэффициент гармонических
искажений при совместной работе сжимателя и расширителя не
превышает 0,2%. Сжатие динамического диапазона входных
сигналов в каждом блоке шумоподавителя производится в отношении
1,5:1 (33% по сравнению с 50% в шумоподавителе DBX). Регулиро-
вочные характеристики шумоподавителя Telcom с4 приведены на
рис. 38. Уменьшение отношения сжатия позволило улучшить пере-
ходные характеристики по сравнению с шумоподавигелем DBX. Элек-
трический сигнал с динамическим диапазоном 90 дБ сжимается пе-
ред записью на магнитофоне до 60 дБ. После воспроизведения рас-
ширитель восстанавливает первоначальный диапазон 90 дБ. Приме-
нение шумоподавителей позволяет производить записи с уменьшенной
величиной максимальной намагниченности ленты, поэтому при не-
котором уменьшении выигрыша по шумам представляется возмож-
ным снизить нелинейные искажения.
Бытовая техника
Для квадрафонического воспроизведения в домашних условиях
применяют катушечные (ширина магнитной ленты 6,25 мм) и кассет-
ные (ширина магнитной ленты 3,81 мм) магнитофоны. При записи
на магнитной ленте шириной 6,25 мм расположение четырех доро-
жек записи такое же, как и при двухдорожечной стереофонической
записи ( в обоих направлениях), только запись осуществляется че-
тырехдорожечным блоком магнитных головок в принятом направле-
нии. Расположение дорожек при квадрафонической записи показа-
38
но на рис. 39, а, где Лп — дорожка левого переднего, Л3___лево-
го заднего, Пп — Правого переднего и П3 — правого ’заднего ка-
налов.
Как видно из рис. 39, при четырехдорожечной записи на кату-
шечном магнитофоне ширина каждой дорожки получается 1 мм,
а при восьмидорожечной записи на кассетном магнитофоне ширина
каждой дорожки равна 0,28 мм. Сравнительно близкое расположе-
ние магнитных дорожек способствует при воспроизведении частич-
ному прониканию магнитного потока с одной дорожки в магнит-
Рис. 39.
Лп
№////////#77777% o'



п„
П„



6)
%
ную головку соседнего канала, а при записи сигнал с одной голов-
ки проникает в соседнюю. Количественной мерой проникания слу-
жит переходное затухание, показывающее, насколько уровень сиг-
нала, проникающего в соседний канал, ниже уровня этого сигнала
в основном канале. Причинами ухудшения переходного затухания
могут служить также смещение по высоте блока записывающих или
воспроизводящих головок, а также нарушение условий правильного
ведения магнитной ленты относительно головок. Во всех этих случаях
дорожки записи на магнитной ленте приблизятся к головкам сосед-
них каналов, поэтому в них кроме основного сигнала могут возник-
нуть посторонние сигналы.
Проникание сигналов из одного канала в другой снижает ка-
чество воспроизведения квадрафонической записи. Звуковые источ-
ники кажутся размытыми и сдвинутыми к центру между передними
громкоговорителями. Чтобы не допустить ухудшения качества зву-
копередачи, переходное затухание между каналами должно быть
не ниже 25 дБ. Эта величина была установлена в процессе иссле-
дований заметности искажений при стереофонической звукопередаче,
проведенных под руководством проф. И. Е. Горона [12].
Для обеспечения правильных условий .воспроизведения квадра-
фонической записи необходимо внимательно производить проверку и
настройку магнитофонов с помощью соответствующих измерительных
магнитных лент.
Испытание и регулировка квадрафонических магнитофонов во
многих отношениях производится так же, как стереофонических.
Проверки отклонения скорости ленты от номинального значения,
перпендикулярности рабочих зазоров головок направлению движе-
39
ния ленты, коэффициента детонации и других параметров осущест-
вляются обычными способами.
Для проверки относительного уровня проникания сигналов с со-
седней дорожки записи производят запись сигнала частотой 80 Гц
с максимальным уровнем на двух дорожках тай, чтобы между ними
оставалась одна незаписанная дорожка. Затем воспроизводят за-
пись сигнала частотой 80 Гц и на линейном выходе измеряют ра-
бочее напряжение £/раб, после чего воспроизводят сигналы, прони-
кающие на незаписанную дорожку, и измеряют соседнее напряжение
С/с. Относительный уровень проникания сигналов определяется отно-
шением t7c/i7pa6, выраженным
в децибелах.
Рис. 40.
Для проверки синфазности
акустических сигналов громко-
говорителей предварительно на
монофоническом магнитофоне
записывают сигнал частотой
200 Гц и воспроизводят его
сначала одним каналом, а за-
тем совместно с каждым сосед-
ним каналом. Если при включе-
нии соседнего канала гром-
кость воспроизводимого сигна-
ла заметно увеличится, акусти-
ческие системы обоих каналов
включены синфазно; если, на-
оборот заметно уменьшится,
акустические системы включе-
ны в противофазе. При проверке акустические системы должны быть
расположены рядом.
Для уменьшения уровня шумов в бытовых кассетных магнито-
фонах применяется шумоподавитель Долби-В. Это упрощенная мо-
дель студийного шумоподавителя Долби-А. В ней шум подавляется
на частотах свыше 1 кГц, т. е. в области максимальной чувствитель-
ности слуха.
Частотные характеристики сжимателя, преобразующего сигнал
перед записью, показаны на рис. 40. Все сигналы с достаточно боль-
шим уровнем (больше —20 дБ) передаются без изменения, что ис-
ключает перегрузку магнитной ленты на высоких частотах, на кото-
рых сигналы дополнительно усиливаются в усилителе записи магни-
тофона. Как только уровень входного сигнала падает ниже —20 дБ,
частотная характеристика устройства начинает отклоняться от пря-
мой линии.- Она тем выше поднимается в области высоких частот,
чем ниже падает уровень входного сигнала. При достижении зна-
чения уровня —35 дБ характеристика поднимается на 10 дБ и
остается такой же при дальнейшем снижении уровня входного сиг-
нала.
В каналы восироизведения квадрафонических магнитофонов
вводятся расширители диапазона уровней, которые производят об-
ратное преобразование сигналов. Их частотные характеристики яв-
ляются зеркальным отображением характеристик, изображенных на
рис. 40, относительно 0 дБ. В результате полностью восстанавлива-
ется первоначальная динамика звуковых сигналов, а собственные
высокочастотные шумы магнитофона оказываются подавленными на
10 дБ.
40
КВАДРАФОНИЧЕСКИЕ ГРАМПЛАСТИНКИ
Классификация квадрафонических способов
грамзаписи
В последнее время многие фирмы Японии и США разработа-
ли несколько способов квадрафонической грамзаписи и выпустили
на рынок большое количество квадрафонических пластинок различ-
ных типов. Все квадрафонические способы грамзаписи можно обо-
значить символами 4-2-4. Первый символ 4 означает, что источника-
ми квадрафонической записи являются четыре микрофона (или че-
тырехканальная информация, записанная на четырех дорожках маг-
нитной ленты). Для перезаписи на лаковый диск при помощи двух-
канального рекордера четыре первичных сигнала объединяются по-
парно и образуют два комбинированных сигнала (символ 2), каждый
из которых записывается на левую и правую стенку канавки по спо-
собу 45/45. При воспроизведении из двух комбинированных сигна-
лов восстанавливаются четыре первичных сигнала, которце излуча-
ются четырьмя громкоговорителями (символ 4).
Объединение четырех квадрафонических сигналов в два комби-
нированных сигнала вызвано необходимостью использования двухка-
нального оборудования студий механической записи, поскольку при
достигнутом уровне развития техники прямая запись четырех сиг-
налов в одной канавке (подобно четырехдорожечной магнитной за-
писи) практически неосуществима.
Объединение четырех первичных сигналов в два комбинирован-
ных сигнала в кодирующем устройстве и последующее их разделение
при воспроизведении в декодирующем устройстве производятся дву-
мя способами. По первому способу сигналы объединяются в виде
суммарно-разностных комбинаций в диапазоне звуковых (тональ-
ных) частот с помощью линейных матричных преобразователей, по-
этому этот способ называется матричным. По второму способу часть
звуковых сигналов передается в надтональной области (обычно
20—45 кГц) модуляцией несущей частоты. Этот способ обеспечи-
вает полное восстановление четырех первичных сигналов, поэтому
он получил название дискретного. Это способ раздельной (несмешан-
ной) передачи сигналов по четырем частотным каналам. Наличие двух
принципиально различных способов квадрафонической записи со-
здает затруднения для массового производства воспроизводящей
аппаратуры. В качестве компромиссного решения ряд фирм, вы-
выпускающих звуковоспроизводящие устройства, вынуждены в одном
аппарате устанавливать два различных декодирующих блока, позво-
ляющих воспроизводить с пластинки запись, выполненную матрич-
ным и дискретным способами.
В настоящее время проводятся работы по выбору единого спосо-
ба квадрафонической записи для его стандартизации в международ-
ном масштабе. Трудности этой работы заключаются в том, что каж-
дый из предложенных способов имеет свои преимущества и недо-
статки. Рассмотрим способы квадрафонической записи-воспроиз-
ведения, получившие практическое применение.
Матричные способы записи и воспроизведения
Идея квадрафонической записи для изготовления пластинок
принадлежит А. Блюмлейну, который еще в 1931 г. разработал
способ записи четырех сигналов в одну канавку (патент Велико-
41
британии № 394325). Эти сигналы могут быть образованы левым
Л, центральным Ц, правым П и тыловым Т микрофонами (рис.
41, а). Сигналы левого и правого каналов Л и П после усиления в
усилителях 2 записывают рекордером 3 на лаковый диск 4 обыч-
ным способом 45/45, т. е. на левую и правую стенки канавки1. Сиг-
налы центрального канала Ц уменьшают по амплитуде на 3 дБ и за-
тем складывают с сигналами Л и 77, а сигналы тылового канала Т
после ослабления на 3 дБ вводятся в левый и правый каналы проти-
вофазно. При воспроизведении записи с пластинки 5 (рис. 41, б) сте-
реофоническим звукоснимателем 6 сигналы центрального канала вы-
деляются в суммарном блоке 8, а сигналы канала Т формируются
в разностном блоке 9 (7 — усилители воспроизведения).
В данном случае левый и правый громкоговорители будут излу-
чать соответственно сигналы Л+0,71 (Ц+Т) и /7+0,71 (Ц—Т), а
центральный и задний громкоговорители Л—77+1,41 Ц и Л,—77+
+ 1,41 Т. Таким образом, в каждом излучаемом сигнале кроме пре-
обладающего сигнала собственного канала содержатся также ослаб-
ленные на 3 дБ сигналы соседних каналов. Основным недостатком
описанного способа звукопередачи является низкое переходное за-
тухание между соседними каналами, тем не менее качество звуча-
ния оценивают более естественным по сравнению со стереофониче-
ской передачей.
Первую квадрафоническую пластинку, записанную матричным
способом, продемонстрировал в 1969 г. П. Шайбер, сотрудник одной
из фирм США. В его работах исследования А. Блюмлейна получили
дальнейшее развитие. Структурная схема матричного способа пере-
дачи сигналов приведена на рис 42 Четыре первичных сигнала: ле-
42
вый передний Лш правый передний 77п, левый задний Л3 и правый
задний П3> полученные с микрофонов в концертном зале или студии
звукозаписи, преобразуют в кодирующем устройстве 1 (матричном
преобразователе) в два комбинированных сигнала Л и 77, которые
используют для грамзаписи. При воспроизведении в декодирующем
устройстве 2 (матричном преобразователе) восстанавливают четы-
ре сигнала Л„,	Л'3иП3, излучаемых соответствующими громко-
говорителями Оба комбинированных сигнала Л и П должны пере-
Рис. 42.
дать информацию, полученную четырьмя микрофонами, поэтому в
общем виде их можно выразить следующими уравнениями:
Л = СуЛп + С2Пп 4“	8 “Ь 1
/7 =	4“	4“ ^7*^8 4” ^8^8* /
Уравнения сигналов на выходе декодирующего устройства име-
ют вид:
Л п ~	4"	»
Пп = аЗЛ + °4/7;	(9)
Л'з = аъл + аъп'<
/7 = а_Л 4- а П.
в	•	/
43
Для определения коэффициентов й—г8 и а\—а% воспользуемся
координатной системой П. Шайбера. На рис. 43, а показано располо-
жение сигналов четырех микрофонов при записи на четырехдорожеч-
ном магнитофоне, а на рис. 43,6 — положение сигналов микрофо-
нов (и громкоговорителей) после преобразования координат в по-
луплоскость ЛП (величина угла Р будет определена далее).
Из рис. 43,6 можно установить связь между сигналами Л и П и
первичными сигналами микрофонов:
Л ~ Лп cos Р + Л3 cos Р + Z7n sin Р — П3 sin Р; 1
77 = 77ncosP + 773cosP +J7nsinP— «Z73sinp. J
Из рис. 43 следует, что направления комбинированных сигналов
Л и П совпадают с направлениями записи сигналов по способу 45/45.
Положение сигналов громкоговорителей Лп, 77п, Л3 и 773в полуплос-
кости ЛП также представлено на рис 43, б. Эти сигналы получа-
ются путем проектирования на эти направления сигналов Л и П:
Л'п = Л cos Р + П sin р;
77* = П cos Р + Л sin р;
,	• о	(Н)
Л3 = Л cos Р + П sin Р;
77* = 77 cos Р + Л sin р.
Подставим в уравнение для сигнала Лп значения сигналов Л и
77 из уравнений (10). После преобразований получим:
Лп = Лп + Л3 cos 2Р + 77д sin 2р.	(12)
В сшнале Л* не содержится составляющих сигнала 773, распо-
ложенного при записи по диагонали относительно сигнала Лп, но
содержатся составляющие сигналов 77п и Л3. Способ П. Шайбера
симметричен, поэтому обе соседние составляющие сигналов должны
иметь одинаковую величину. Следовательно, cos 2p=sin 2р, откуда
Р=22,5°.. С учетом установленного значения р получаем сигналы,
излучаемые каждым громкоговорителем:
•< = Лп + 0,71(Л3+/7п);
/7; = /7п + 0,71(Пз + Лп);
Л; = Лз + 0,71(Лп-П3);
П; = 77з + 0,71(Пп-Л3).
Подставляя значения угла Р в уравнение (10) получаем выра-
жения для сигналов Л и 77:
Л = 0,92 (Лп 4-Л3> + 0,38 <77п — 773); |
П = 0,92 (77п + 773) + 0,38 (Лп —Л3). J	( '
Упрощенная структурная схема кодирующего (а) и декодирую-
щего (б) устройств изображена на рис. 44. В кодирующем устройстве
применены усилители, коэффициент усиления которых обозначен циф-
44
рами (знак минус перед цифрой означает поворот фазы на 180°).
Приведенные векторные диаграммы сигналов Л и П, а также выход-
ных сигналов дают представление о соотношении амплитуд н фаз
составляющих сигналов. Для наглядности* коэффициенты этих сигна-
лов приведены в табл. 2.
Из таблицы видно, что переходное затухание между каждым вы-
ходным сигналом и двумя его соседними сигналами составляет 3 дБ,
что характерно для симметричных матричных систем. Переходное за-
Л'п г-Л71Ппл
*~0,92Лп
ДУ
Рис. 44.
/7/,
‘Ц71Л),
0,71/13.
0,7103^.0,7^
Л'з. *4
0,71Лзг-^^71Пп
П>
тухание между каналами, расположенными по диагонали (например,
между Лп и 773), равно бесконечности. В комбинированных сигналах
Л и П переходное затухание между двумя передними (а также меж-
ду двумял задними) сигналами составляет 7,7 дБ, следовательно, при
воспроизведении комбинированных сигналов стереофоническим зву-
коснимателем вдвое уменьшится ширина звуковой картины. Кроме
того, в сигналах Л и П сигналы передних каналов находятся в фазе,
а задних каналов — в противофазе, поэтому при монофоническом
воспроизведении произойдет потеря информации задних каналов.
Таблица 2
Режим	Сигналы	Коэффициенты первичных сигналов			
		ли	Па	лз	Пз
Запись	Л	0,92	0,38 '	0,92	—0,38
	П	0,38	0,92	—0,38	0,92
Воспроизведение	Л'п	1	0,71	0,71	—
		0,71	—	1	—0,71
	П’„	0,71	1	—	0,71
	П’3	—	0,71	—0.71	1
45
Для увеличения переходного затухания между сигналами при вос-
произведении П. Шайбер разработал устройство, которое увеличива-
ет усиление канала с доминирующим сигналом и ослабляет усиление
в соседних каналах, содержащих проникшую часть этого сигнала.
Хотя это устройство и усиливает направленное восприятие домини-
рующего сигнала, одновременно с проникшими составляющими оно
ослабляет звуковые сигналы, передаваемые по соседним каналам, на-
рушая общую структуру звукового поля. Квадрафонические пла-
стинки П. Шайбера не получили распространения, но разработанная
им теория матричных преобразований используется при описании
приведенных далее матричных устройств.
Матричный способ с квадратурным сдвигом сигналов задних
каналов на ±90° разработала в 1970 г. японская фирма «Сансюи
Электрик компани». Этот способ, получивший название QS (квадра-
фонический «Сансюи»), идентичен стандартизованному в Японии
способу RM («Регулятор Мэтрикс»). Квадрафонические пластинки ди-
аметром 30 см, записанные по способу QS, выпускаются в Японии.
Способ является симметричным, поскольку в его основу положены
уравнения (14) П. Шайбера, но в задние каналы вводятся блоки:
в левый — сдвигающий фазу сигналов на +90°, а в правый — на
—90°. В результате уравнения для комплексных квадрафонических
сигналов Л и П имеют вид:
«77 = О,92*77п	/0,92Л3 -р 0,38/7д -|- /0,38773; 1
/7 = 0,92/7п —/0,92/73 + 0,38Лп —/0,38Л3. J	( *
В этих и последующих выражениях знак ±/ означает поворот
фазы сигнала на ±90°. Подставим значения комплексных квадрафо-
нических сигналов Л и П в уравнение (11), тогда с учетом (3 = 22,5°
и обратного поворота фазы в декодирующем устройстве получим вы-
ражения для выходных сигналов:
< = Лп + 0,71(/7п + /Л8);
П>Пп+0(71(Лп-/Пз):
,	(1b)
Л3 = Лз + 0,71(/73-/Л3);
П>Пя + 0,7\(Л3 + 1П^.
Таблица 3
Режим	Сигналы	Коэффициенты первичных сигналов			
			пп	лз	пг
Запись	Л	0,92	0,38	/0,92	/0,38
	п	0,38	0,92	—/0,38	—/0,92
Воспроизведение		1	0,71	/0,71	—
	л’3	—/0,71	—	1	0,71
	Пп	0,71	1	—	—/0,71
	П'3	—	/0,71	0,71	1
46
Структурная схема кодирующего и декодирующего устройств,
работающих по способу QS, приведена на рис. 45. Эти устройства
состоят из усилителей и фазосдвигающих четырехполюсников (<р —
начальная фаза). Коэффициенты первичных сигналов Лп, Пп> Л3 и
П3, образующих комплексные квадрафонические сигналы Л и П, а
также выходные сигналы, приведены в табл. 3.
Из таблицы видно, что в матричном способе QS, как и в спосо-
бе П. Шайбера, переходное зат|ухание между соседними каналами со-
Рис. 45.
ставляет 3 дБ, а между каналами, расположенными по диагонали—
бесконечно большую величину. Например, если передается сигнал
с амплитудой 1 по одному левому переднему каналу Л3) то при вос-
произведении такой же сигнал возникает в левом переднем канале, а
в соседних каналах Л3 и /7П возникает сигнал, ослабленный на 3 дБ,
т. е. с амплитудой 0,71. В диагональном канале /73 сигнал не обра-
зуется.
Полярная диаграмма звукового поля, создаваемого в помещении
прослушивания при передаче сигнала по одному каналу Лп, пред-
ставлена на рис. 46. Из диаграммы следует, что способ QS является
симметричным, причем линия симметрии направлена из начала ко-
ординат на источник звучания.^ Аналогичные диаграммы можно по-
строить для сигналов /7П, П3 и Л3.
Из таблицы 3 следует также,
что в комплексных квадрафониче-
ских сигналах Л и П задние пер-
вичные сигналы Л3 и П3 нахо-
дятся в противофазе. При стерео-
фоническом воспроизведении бу-
дет создаваться впечатление, что
источники этих сигналов располо-
жены вне базы звуковой картины,
т. е. вне пространства между
громкоговорителями. Это обусло-
вит некоторое расширение ба-
зы звуковой картины,, но при
47
квадрафоническом воспроизведении приведет к неприятному
ощущению — повышению звукового давления в ушах слушате-
ля. Для устранения этого недостатка в декодирующее устройство
вводится блок, сдвигающий фазу на 180°. В результате оба сигнала
задних каналов имеют на выходе одинаковую фазу. Поэтому цент-
ральные задние сигналы будут расположены точно между двумя
задними громкоговорителями. При монофоническом воспроизведении
после суммирования комплексных квадрафонических сигналов Л и П
происходит потеря уровня сигналов задних каналов Л3 и П3 на
7,7 дБ. Ввиду этого квадрафоническая система QS только частично
удовлетворяет требованиям совместимости.
Для уменьшения проникания сигналов из одного канала в со-
седние разработано декодирующее устройство с переменным матри-
цированием, «QS Variomatrix^, в котором благодаря изменению ко-
эффициентов при первичных сигналах значительно ослабляются со-
ставляющие прямого сигнала, проникшие в соседние каналы. Устрой-
ство улучшает направленное восприятие сигнала, передаваемого по
основному каналу. Действие устройства основано на способности че-
ловеческого слуха выделять из нескольких источников звучания до-
минирующий сигнал, который маскирует направленное восприятие
сигнала с меньшим уровнем. Вследствие этого ослабление точности
локализации второстепенных источников звука остается для слушате-
ля незаметным, так как его внимание сосредотачивается на домини-
рующих сигналах. Эффект маскирования слабых сигналов проявля-
ется сильнее, если они задерживаются на определенное время от-
носительно доминирующего сигнала. В декодирующем устройстве
ДУ с переменным матрицировайием применяется задержка на 20 мс.
На выходе декодирующего устройства образуются сигналы, ко-
торые описываются следующими выражениями:
< = (1+П (Л-П) + (1 + D V2IT-.
П’п = -(1+П(Л-П) + (1+г)У2Л-
„	-	(17]
Л3 = (1 + Ь) (Л + П) - (1 + I) /2 П;
П”3 = (\+Ъ)(Л + П)~ (1 +г) У2Л.
где коэффициенты f, /, b и г принимают значения от 0 до 2 .
На рис. 47 приведены значения этих коэффициентов в зависимости
от направления на источник звука. В центре каждого круга значения
коэффициентов равны нулю, а на внешней окружности VT*. На-
пример, если источник звука расположен в направлении Лп, то коэф-
фициенты имеют следующие значения: f = 1^2 , b = 0, / =]/"2
r—Q, Подставляя в уравнения (17) полученные значения коэффи-
циентов и значения сигналов Л и П из выражения (15), легко убе-
диться, что сигнал Лп в рассмотренном примере будет воспроизво-
диться только через левый передний громкоговоритель.
Структурная схема декодирующего устройства с переменным
матрицированием приведена на рис. 48. На выходе входного преоб-
разователя 1 образуются сигналы 2Л, 2/7, Л-\-П и Л—/7, которые
поступают на усилители 3—6 с управляемым коэффициентом усиле-
ния. Одновременно на эти же усилители поступают управляющие
48
сигналы с блока 2. В преобразователе 7 образуются четыре выход*
ных сигнала.
В декодирующем устройстве с переменным матрицированием
устранен недостаток, присущий устройству, разработанному П. Шай-
бером. В нем при улучшении направленного восприятия доминиру-
ющего источника звука не изменяется интенсивность звучания второ-
степенных источников звука, передаваемых по соседним каналам,
только ухудшается острота их локализации. В этом же устройстве
предусмотрена возможность воспроизведения записи со стереофони-
ческих грампластинок в режиме «звукового окружения* и «ревербе-
рирующего сигнала». В последнем случае на задние громкоговорители
подаются сигналы в противофазе относительно передних.
В СЩА в лаборатории CBS под руководством проф. Б. Бауэра
разработан матричный способ передачи квадрафонических сигналов,
получивший название способ SQ (стереоквадрафонический). Квадра-
фонические пластинки, записанные по способу SQ, получили в на-
стоящее время достаточно широкое распространение.
При разработке способа SQ Б. Бауэр использовал результаты
экспериментальных исследований психологии слухового восприятия
и эстетической оценки квадрафонической информации. В процессе
исследований было установлено, что звуковую картину в основном
образуют сигналы, изучаемые передними громкоговорителями, в то
время как задние громкоговорители должны передавать главным об-
разом отраженные сигналы, увеличивая тем самым общий уровень
громкости. Б. Бауэр учитывал также особенности локализации источ-
ников звука, расположенных спереди и сзади слушателя. Если ошибка
в определении^направления прихода звука от передних источников в
горизонтальной плоскости при благоприятных условиях весьма мала,
то локализация' боковых источников осуществляется неточно и не-
уверенно (см. табл. 1). Поэтому в основу способа SQ была положе-
на несимметричная матрица, обеспечивающая теоретически бесконеч-
но большое переходное затухание между обоими передними сигнала-
ми. Вторым важным требованием, предъявленным к способу SQ,
4—656
49
является обеспечение полной совместимости с существующими сте-
реофоническими (двухканальными) и монофоническими системами.
Преобразование четырех первичных сигналов Лп, Пп, Лэ и Пэ
в два комплексных квадрафонических сигнала Л и П осуществляется
в способе SQ с помощью матричных преобразователей, показанных
на рис. 49. Кодирующее а и декодирующее б устройства состоят
из фазовращателей и усилителей, позволяющих изменять уровни
подаваемых сигналов (коэффициент усиления каждого усилителя
обозначен цифрой, поворот фазы на 180° — знаком минус). После
Рис. 49.
преобразования первичных сигналов получаются два комплексных
сигнала, которые оцениваются следующими выражениями:
Л = Лп~/0,71Лз + 0,7Ш3; ]	П8)
Л == Лп + /0,71Л3 — 0,71Л3. J	’
На рис. 49 на выходе кодирующего устройства представлены
векторные диаграммы сигналов, если на вход устройства поданы
синфазные и равные по величине первичные сигналы. Векторные
диаграммы и уравнения (18) показывают, что в комплексном квад-
рафоническом сигнале Л отсутствуют составляющие переднего пра-
вого сигнала Лп, а в сигнале П нет составляющих переднего левого
сигнала Лп. При записи сигналов Л и Л на лаковый диск по способу
45/45 передние сигналы Лп и Лп запишутся обычным способом на
левую и правую стенки канавки, что обеспечит совместимость квад-
рафонической пластинки с двухканальной стереофонической. Кроме
того, в каждом комплексном квадрафоническом сигнале Л и Л со-
держатся ослабленные на 3 дБ сигналы левого и правого задних
каналов Л3 и Л3, причем одноименные сигналы сдвинуты относитель-
но друг друга на 90°.
Для построения траекторий колебаний резца рекордера при за-
писи по способу SQ или иглы звукоснимателя при воспроизведении
воспользуемся предложенной в [14] системой координат, в которой
оси ординат каждого комплексного квадрафонического сигнала Л
и Л совпадают с положительным направлением модуляции стенок
канавок. При передаче только двух синфазных и равных по величи-
50
не передних сигналов Лп—A cos со/ и na=AcQs Ы на рекордер по-
ступят сигналы:
J7 = Acosco/; 77 = A cos о/.
(19)
Как показано на рис. 50, а, резец рекордера будет совершать
поперечные колебания, образующиеся пересечением прямых, прове-
денных из соответствующих точек, взятых через равные промежутки
времени.
Если по способу SQ передается один левый задний сигнал Л3 —
=Acos со/, то выражения для квадрафонических сигналов будут
иметь вид:
Л = 0,7А sin со/;
П = — 0,7A cos со/;
(20)
Под действием этих сигналов резец рекордера, как это показано
на рис. 50, б, будет двигаться по окружности в направлении по ча-
совой стрелке. Проведя аналогичные построения для случая, когда
передается один правый задний сигнал 773=Acos<o/, можно убедить-
ся, что резец будет двигаться по окружности в направлении против
часовой стрелки. На рис 50, в показаны вертикальные колебания
резца рекордера, возникающие
при одновременной подаче на
вход устройства двух задних
сигналов Л3—Acos^Z и П3—
=А cos wt. При одновременной
подаче на вход записывающей
установки четырех синфазных
и равных по величине сигналов
резец рекордера будет совер-
шать движение по замкнутому
овалу неправильной формы.
Для декодирования сигна-
лов, возникающих на выходе
звукоснимателя при воспроиз-
ведении записи с квадрафони-
ческой пластинки SQ, Б. Бауэр
предложил схему матричного
преобразователя (рис. 49,6).
Четыре выходных сигнала, об-
разующихся на выходе декоди-
рующего устройства, описыва-
ются следующими уравнениями:
Л’П = Л- П'п = П;
Л3 = /0,71 Л — 0,71/7;
П’3 = 0,71 Л — /0,71/7.
(21)
После подстановки значе-
ний Л и 77 из выражения (18)
получаем окончательные урав-
нения для выходных сигналов:
4*
51
лп = ^п-/0>7,‘/7з+0’71/73;
Пп = пп + 1°<71П3-0,71Л3-,
Лз = ^3 + /0.71Лп-0,71Лп;
П'3 = П3-10,71Па + 0,71Лп.
(22)
Векторные изображения выходных сигналов приведены на рис.
49, а коэффициенты первичных сигналов, образующих два комплекс-
ных квадрафонических сигнала Л и П и выходные сигналы, пред-
ставлены в табл. 4.
Таблица 4
Режим	Сигналы	Коэффициенты первичных сигналов			
		лп 1	1 Пп |	1 Лз	"з
Запись	Л	1	—	—/0,71	0,71
	п	—	1	—0,71	/0,71
Воспроизведение		1	—	—/0,71	0,71
		—/0,71	—0,71	1	—
	П'п	—	1	—0,71	—/0,71
	П’з	0,71	—/0,71	—	1
Из таблицы видно, что в каждом выходном сигнале содержатся
переданный без изменения соответствующий ему входной сигнал,
а также два посторонних сигнала, ослабленных на 3 дБ: в каждом пе-
реднем выходном сигнале Лп и /7П в качестве посторонних при-
сутствуют ослабленные задние сигналы Лз- и /73, в каждом заднем
выходном сигнале Л3 и П3 —ослабленные передние входные сиг-
налы Лп и Пп. Это свидетельствует о том, что способ SQ (в отличие
от рассмотренных) основан на несимметричных матричных преобра-
зованиях.
Несимметричная матрица Б. Бауэра удовлетворяет следующим
требованиям:
1.	Польше разделение сигналов передних каналов, что обеспе-
чивает прямую совместимость с стереофоническими устройствами.
2.	При монофоническом воспроизведении четыре сигнала пере-
даются с одинаковым уровнем.
3.	Декодирующее устройство обеспечивает расположение кажу-
щегося источника звука по окружности 360° без изменения относи-
тельной мощности сигнала.
Как показали слуховые испытания, при восприятии сигналов,
переданных по способу SQ, у слушателя создается впечатление «пре-
52
обладания передних источников звуков». При этом слушатель ло-
кализирует в основном источники, расположенные между передними
громкоговорителями, в то время как звуковое поле, создаваемое зад-
ними громкоговорителями, способствует увеличению уровня громко-
сти, а не локализации источников. Конечно, наличие в каждом из
передних выходных сигналов Ла и Пп посторонних задних сигналов,
ослабленных только на 3 дБ, ухудшает восприятие направленности
основных передних сигналов. Для частичного устранения этого недо-
статка было предложено искусственно уменьшить переходное зату-
хание между передними выходными сиг-
налами до 20 дБ, а между задними вы-
ходными сигналами — до 8 дБ. Умень-
шение переходного затухания, достигае-
мое включением соответствующих рези-
сторов между выходами, каналов, позво-
ляет увеличить до 6 дБ разделение меж-
ду центральными передними и задними
каналами Ца и Ц3 (рис 51). Описанный
способ применяется в недорогих воспро-
изводящих установках.
В устройствах высшего класса при-
меняются электронные л©1ические блоки,
выделяющие управляющие сигналы, ко-
торые подаются далее на усилители с
управляемым коэффициентом усиления.
В зависимости от преобладания передних и задних сигналов ло-
гический блок увеличит усиление сигналов преобладающих каналов
и уменьшит усиление в каналах, в которых этот сигнал присутствует
как добавочный.
На рис. 52 показано устройство, поясняющее один из способов
образования управляющих сигналов. Комплексные квадрафонические
сигналы Л и П подаются на входные зажимы А и В устройства,
в котором фаза сигнала П сначала поворачивается на —90°, а затем
сигналы Л и П складываются и вычитаются в суммарно-разностных
блоках 1 и 2. Сигналы в точках С и Dt Е и F описываются уравне-
ниями
Рис. 51.
С== Лп + 0,71/73 — /0,71Л3;
D = - /77п + 0,7Ш3 4- /0,71 Л3;
Е = /73 + 0,71 Лп — /0,7Шп;
F = - /Л3 + 0,71Лп + /0,7Шп.
(23)
Из приведенных соотношений следует, что в точках С и D сиг-
налы 0,71 /73 расположены в фазе, а сигналы 0,71 Л3— в противо-
фазе. В точках Е и F сигналы 0,71 Ла находятся в фазе, а сигналы
0,71 Пп — в противофазе. Для образования управляющих сигналов
напряжение в точках С, D, Е и F сначала выпрямляется, а затем
образуются разностные пары |С| — |D| и | £ |— |Г|. Рассмотрим слу-
чай, когда передаются только передние сигналы Лп или Па. Тогда
после выпрямления разность сигналов С и D будет иметь некоторую
постоянную величину, а разность сигналов Е и F будет равна нулю,
так как сигналы 0,71 Лп или 0,71 Лп равны по величине и находят-
ся в фазе (или в противофазе). Если передаются только сигналы Ла
или 77з, то после выпрямления сигналов С и D их разность будет
53
равна нулю, а разность сигналов Е и F будет иметь конечное зна-
чение. Следовательно, если |С| — |£| > |£| — |£|, то преобладают
передние первичные сигналы Ла или /7П, а если |С| — |D| < |Е| —
|£|, то задние сигналы Л3 или /73. В соответствии с приведенными
соотношениями получают управляющее напряжение, которое пода-
ется на усилители с переменным коэффициентом усиления. На вход
этих усилителей поступают сигналы Лп, Л3, Пп и /73, выделенные
декодирующим устройством по схеме рис. 49. Описанный способ
служит для улучшения переходного затухания между передними и
задними выходными сигналами. Если, например, в данный момент
наибольшую величину имеет сигнал Лп, то устройство на рис. 52
выработает напряжение, которое увеличит усиление передних ка-
налов на 3 дБ и уменьшит усиление задних каналов, например, на
14 дБ. При этом общая мощность излучаемых сигналов не изменя-
ется, а переходное затухание между сигналами передних и задних
каналов увеличится до 20 дБ. При появлении других первичных сиг-
налов образуется управляющее напряжение, которое изменяет уси-
ление оконечных усилителей таким образом, что преобладающие
сигналы излучаются соответствующими громкоговорителями, в то
время как общая мощность сигналов не изменяется. Необходимо
отметить, что при одновременной передаче всех четырех сигналов
эффективность действия устройства снижается, но в этом случае
слушатель должен приложить определенное усилие, чтобы из общей
звуковой картины выделить сигналы, передаваемые по одному како-
му-либо каналу.
По описанному принципу работает промышленное декодирую-
щее устройство типа SQL-200, выполненное в виде настольного при-
бора (с встроенным блоком питания), с применением узлов на ин-
тегральных микросхемах. Устройство содержит матричный декодер
SQ, логическую схему и усилители с управляемым коэффициентом
усиления. При передаче сигнала от источника, расположенного по
углам спереди или сзади, в логической схеме вырабатывается сигнал,
изменяющий коэффициент усиления усилителей. Если источник зву-
чания располагается в центре (спереди или сзади), что имеет место
54
при передаче равновеликих синфазных сигналов, то автоматически
шунтируются каналы, в которых возникают противофазные состав-
ляющие этих сигналов. При передаче первичного сигнала по одному
каналу после декодирования в двух других возникает сигнал, ос-
лабленный не менее чем на 15 дБ. При подаче на вход устройства
Рис. 53
двухканального сигнала обеспечивается воспроизведение в стерео-
фоническом или квадрафоническом режимах.
Известны и более сложные устройства, позволяющие получить
бесконечно большое переходное затухание по всем возможным на-
правлениям при воспроизведении сигналов по способу SQ. Упрощен-
ная схема одного из таких устройств приведена на рис. 53. Сигна-
лы Л и /7, описываемые уравнениями (18), подаются с выхода сте-
55
реофонического звукоснимателя на вход двух суммарно-разностных
преобразователей 1 и 2 (декодирующих устройств), работающих по
схеме на рис. 49. Выходные сигналы Л*, П'п, Л3 и П3 этих преоб-
разователей представлены уравнениями (22). Для компенсации по-
сторонних сигналов основного преобразователя /, ухудшающих пе-
реходное затухание, сигналы Л и П подаются также на контрольное
устройство 3, вырабатывающее четыре управляющих сигнала Ki—
каждый из которых пропорционален величине преобладания основ-
ного сигнала в соответствующем канале. Например, сигнал К\ ха-
рактеризует преобладание сигнала Лп относительно сигналов Л3 и
Л3. Управляющие сигналы подаются на контрольные входы усили-
телей 8—11. Усиление каждого усилителя зависит от соответствую-
щего управляющего сигнала. Сигналы &1ЛП,	&3Л3 и ktJl3
выходов усилителей через фазосдвигающие цепи 12—19 поступают с
в суммирующие блоки 20—23, где они складываются с сигналами
Лп, /7П, Лз и /73 с выхода преобразователя 1. Например, сигналы
к1Лп и &2ЯП с выходов усилителей 8 и 9 поступают в блоки 22 и 23,
поскольку сигналы Лп и /7П присутствуют в задних каналах как
посторонние. Для их компенсации сигналы с выхода усилителей 8
и 11 поступают в блоки 20—23 в фазе, противоположной фазе по-
сторонних сигналов. Например, фазосдвигающая цепь 12 должна
повернуть фазу' сигнала к3Л3 на 90°, так как фаза постороннего
сигнала 0,71 Л3 в левом переднем канале составляет —90°. Фазо-
сдвигающая цепь 13 поворачивает фазу сигнала kiU3 на 180°, так
как фаза постороннего сигнала 0,71 П3 равна нулю. Таким образом,
сигнал Л п на выходе левого переднего канала можно представить
как Лп=Лп+/АчЛ3—kjl3. Аналогично можно записать выражения
для остальных выходных сигналов. Полная система уравнений име-
ет вид:
•^п “	+ ^з*^з	^4^з»
= /7П + kjl3 jkJJ3;
*^з = ^з	"Ь ^2^п»
/73 = /73 \ЛП
Для пояснения принципа действия устройства предположим, что
в данный момент времени сигнал передается только по правому зад-
нему каналу. В этом случае на выходе суммарно-разностного преоб-
разователя 1 (рис. 53) согласно уравнениям (22) получим, что сиг-
нал /73, кроме правого заднего канала, возникает также в двух пе-
редних каналах (ослабленный на 3 дБ).
<=0,7Ш3; /7; = /0,71/73; 1
Л>0; П>/73.	j
Предположим, что на выходе контрольного устройства 3 возни-
кает управляющий сигнал /<4=0,71 (/fi=/<2=K3=0)./ Подставляя
выражения (25) в (24), получаем: Лп=0; /7п=0; Л3 = 0; ^3==773^
66
Аналогичным образом можно объяснить компенсацию посторонних
составляющих при передаче сигналов по другим каналам. Для со-
гласования управляющих сигналов с уровнем передачи первичных
сигналов служат усилители 4—7 с переменным коэффициентом уси-
ления. Работа устройства совместно с этими усилителями не рас-
сматривается ввиду сложности получающихся выражении. При од-
новременной передаче всех первичных сигналов получается доста-
точно полная компенсация всех посторонних составляющих.
Разработкам устройств, улучшающим качество воспроизведения
матричных звуковых систем, уделяется большое внимание. Решение
вопроса о снижении уровня посторонних сигналов, проникающих в
каждый из четырех каналов во время декодирования, позволит при-
менить на практике все преимущества матричного способа звукопе-
редачи. В грамзаписи этот способ дает возможность использовать
без изменения существующее оборудование студий и изготавливать
квадрафонические пластинки по технологии, разработанной для сте-
реофонических и монофонических пластинок. В радиовещании этот
способ позволит передавать квадрафоническую программу через су-
ществующие двухканальные передающие устройства^
Предпосылкой для широкого распространения матричных спо-
собов записи-воспроизведения является промышленный выпуск уст-
ройства, разработанного фирмой «Тэйт» (Англия) совместно с объ-
единением «Нэшинэл сэмикондэкта корпорейшен» (США). Это уст-
ройство, выполненное на монолитных интегральных микросхемах,
предназначается для улучшения качества направленного воспроизве-
дения записи, выполненной любым матричным способом (например,
SQ или QS). По данным фирмы при включении устройства после
стандартного декодирующего блока переходное затухание между
любыми выходными сигналами улучшается и достигает 30—40 дБ,
при этом коэффициент нелинейных искажений передаваемых сигна-
лов не превышает 0,05%, а отношение сигнал/шум равно 70 дБ.
Устройство состоит из детектора 2 (рис. 54), блока обработки
управляющих сигналов 3 и матричного умножителя 4. Четыре вы-
ходных сигнала Лп, /7', Л3 и П3 с декодирующего блока 7, рабо-
тающего, например, по схеме рис. 49, подаются одновременно, на
детектор и матричный умножитель. В детекторе образуются десять
управляющих сигналов, каждый из которых характеризует направ-
ленность на преобладающий источник сигнала в данном канале.
В упрощенном варианте детектора вырабатываются шесть или во-
семь управляющих сигналов В блоке обработки устанавливается
оптимальное время атаки и затухания управляющих сигналов, произ-
водится их ограничение. Затем эти сигналы комбинируются в раз-
личных соотношениях для получения матричных коэффициентов, ко-
торые объединяются в матричном умножителе с сигналами Лп,77п,
Л3 и П3. Образованные выходные сигналы Лп, 77п, Л3 и П3 по всем
параметрам достаточно близко приближаются к четырем первичным
сигналам Лп, 77п, Л3 и П3. Предполагается, что промышленный вы-
пуск этого устройства явится решающим фактором в развитии мат-
ричных способов звукопередачи.
Резюмируя описание матричных способов передачи квадрафони-
ческих сигналов, приведем табл. 5, в которой перечислены основные
различия между способами SQ и QS, получившими практическое
применение.
57
Прежде чем закончить описание матричных способов передачи
четырех квадрафонических сигналов, используемых в практике грам-
записи, остановимся еще на одном способе, который предложил
Б. Бауэр для полной компенсации посторонних сигналов, проникших
из соседних каналов. Для этой цели используются два устройства,
одно из них приведено на рис. 49 [выходные сигналы представлены
уравнениями (22)], а второе, аналогичное первому, на рис. 55. Два
комплексных квадрафонических сигнала Л' и ГТ после кодирующего
блока описываются уравнения-
ми
Л' = Лп + /0,71Л3 —0,71Л3;
П' = Лп — /0,71Л3 + 0,71Л3,
(26)
а четыре выходных сигнала Л—
выражениями
< = Лп + /0.71Л3-0(7Ш3;
П"п = Пп-10,71П3 + 0,71Л3-,
< = ^-/0,71^ + 0,71^;
Лз = Л3 + /0,71Лп-0,71Лп.
(27)
Рис. 54.
Сравнивая выражения (22) и (27), легко убедиться, что при
парном сложении сигналов Лп и Л'п, Пп и Пп и т. д. все посторон-
ние сигналы компенсируются и образуются удвоенные первичные
сигналы Лп, Лп, Л3 и Л3. Описанный матричный способ передачи
четырех квадрафонических сигналов хотя и обеспечивает образова-
Рис 55.
58
Таблица 5
Характеристики	Способ %) (Несимметричная матрица)	Способ QS (Симметричная матрица)
Бесконечное переходное затухание	Между передними левым и правым каналами, а также между задними левым и правым кана- лами	Между каналом, по ко- торому	передается сигнал и каналом, рас- положенным по диаго- нали
Другие	ха- рактеристи- ки	Хорошее разделение сиг- налов между перед- ними каналами Совместимость с двух- канальными система- ми	Кардиодная характери- стика воспроизведе- ния, направленная на источник звучания Ограниченная совмести- мость
ние четырех выходных сигналов, полностью идентичных входным, но
требует наличия четырех каналов или по крайней мере двух каналов,
в каждом из которых передаются по два комплексных квадрафони-
ческих сигнала (например, Л и Л') в разных частотных диапазонах.
Системы записи-воспроизведения с использованием двух полос пе-
редачи в каждом канале рассмотрены далее.
Дискретный способ записи и воспроизведения
В 1971 г. японская фирма «Виктор» разработала способ переда-
чи четырех квадрафонических сигналов с использованием несущей
частоты. Квадрафонические пластинки CD-4 (символ С — совмести-
мые, D — дискретные, 4 — четырехканальные) разработаны с учетом
следующих основных требований: высокая верность отображения
звукового поля концертного зала при воспроизведении музыки в до-
машних условиях, большое переходное затухание между сигналами
всех каналов, полная совместимость с существующими стереофони-
ческими системами, рентабельность производства пластинок и вос-
производящей аппаратуры.
Отличительной особенностью дискретного способа является пе-
редача четырех первичных сигналов в тональной (30—15 000 Гц) и
надтональной (20—45 кГц) областях частот. Для обеспечения ус-
ловий совместимости необходимо, чтобы в тональной области частот
передавалась информация всех четырех первичных сигналов. Поэто-
му в дискретном способе передачи также применяются суммарно-
разностные (матричные) преобразователи, производящие все необхо-
димые объединения сигналов.
Схема установки записи для производства пластинок CD-4 по-
казана на рис. 56. Первичные сигналы Лп, Л3, /7П, П3 с выходов
четырехдорожечного магнитофона 1 поступают в суммарно-разност-
ный преобразователь 2, где из них образуются суммарные сигналы
Лп+Лз и Па+Па и разностные сигналы Ли—Л3 и /7П—Л3. С выхо-
59
да преобразователя суммарные сигналы через блок временной за-
держки 3 поступают в смесительное устройство 4, а разностные сиг-
налы после сжимателя 5 (компрессирующего устройства) и коррек-
тирующего блока 6 подаются в ЧМ модулятор 7Г где они модулиру-
ют по частоте и фазе несущую частоту 30 кГц. В смесительном уст-
ройстве 4 образуются два комплексных квадрафонических сигнала:
Л — Лп + <77 3 (Лп— Л8)чм; |	xqqi
Н = Па + П3 + (Пп-П3)чм, J	>
Рис. 56.
где сигналы (Лп—Л3)чм и (77п—/73)чм представляют собой продукт
частотной модуляции несущей 30 кГц.
Сигналы Л и /7, занимающие полосу частот от 30 Гц до 45 кГц
(рис. 57), усиливаются в усилителе 9 (рис. 56) и записываются сте-
реофоническим рекордером 10 соответственно на левую и правую
стенку канавки по стандартной характеристике записи (с постоян-
ными времени 3180—318—75 мкс) до частоты 20 кГц, а выше этой
частоты — с постоянной колебательной скоростью 3,5 см/с. Номи-
нальный уровень записи на частоте 1 кГц установлен 2,2 см/с вместо
10 см/с при стереофонической записи. Поскольку граничная частота
современных рекордеров не превышает 25 кГц, запись производят
при частоте вращения, уменьшенной в 2 раза (16 2/3 вместо
60
33 1/3 об/мин). Соответственно в 2 раза уменьшают скорость дви-
жения магнитной ленты в магнитофоне Таким образом, наивысшая
частота 45 кГц снижается при записи до 22,5 кГц При проигрыва-
нии пластинок с частотой вращения 33 1/3 об/мин первоначальный
диапазон 30 Гц—45 кГц восстанавливается. После разработки ре-
кордера с граничной частотой более 45 кГц запиь будет производить-
ся при номинальной частоте вращения 33 1/3 об/мин.
Несущая
частота
Суммарный
сигнал
Воспроизведение
звукоснимателем
Несущая
частота
Суммарный,
сигнал
ЛЛЛЛЛЛ „ WVWv
о/ ’
Рис. 58.
Разработчики способа CD-4 встретились с рядом трудностей.
При больших уровнях суммарных сигналов на высоких частотах
возможны случаи нарушения контакта иглы со стенками канавки,
приводящие к искажению сигнала, уменьшению уровня несущей
частоты, а также к дополнительной модуляции несущей частоты
суммарным сигналом. Для устранения этих явлений в установку
записи на рис. 56 включен блок автоматического регулирования не-
сущей частоты. При записи суммарных сигналов с большим уровнем
амплитуда несущей частоты автоматически уменьшается, что улуч-
шает условия огибания иглой канавки. В этом же блоке расположе-
но устройство, предназначенное для компенсации нелинейных иска-
жений, возникающих при воспроизведении записи звукоснимателем.
Необходимость в этом устройстве вызвана искажениями огибания,
Которые возникают из-за несоответствия форм иглы и резца. Вели-
чина искажений пропорциональна радиусу иглы, частоте сигнала и
обратно пропорциональна квадрату линейной скорости воспроизведе-
ния. На рис. 58, а слева показаны суммарный сигнал и несущая ча-
стота, записанные на пластинке без предыскажений При воспроиз-
ведении звукоснимателем суммарный сигнал искажается, а несущая
частота оказывается промодулированной суммарным сигналом вна-
чале она получается растянутой, а затем — сжатой Эффективным
способом снижения искажений огибания является добавление к за-
писываемому сигналу перед записью на лаковый диск составляющей
его второй гармоники в противофазе. В этом случае, как показано
на рис. 58, б, на диск запишется искаженный сигнал, а вторая гар-
61
моника, возникшая при воспроизведении, будет компенсирована и
форма сигнала на выходе звукоснимателя станет близкой к синусои-
дальной.
Для управления устройством автоматического регулирования
уровня несущей частоты и компенсатором нелинейных искажений к
блоку 8 (см. рис. 56) подводятся сигналы с четырех дополнительных
магнитных головок, расположенных перед основными.
При воспроизведении записи с квадрафонических пластинок
CD-4 звукоснимателем с переходным затуханием меньше 30 дБ воз-
никают помехи, ухудшающие качество звучания. Так как переходное
затухание серийных звукоснимателей на высоких частотах не пре-
вышает 15 дБ, то для их применения в квадрафонических электро-
проигрывающих устройствах разработан специальный шумоподави-
тель ANRS (Automatic noise reduction system), снижающий уровень
сигналов, проникших из соседнего канала, а также улучшающий
отношение сигнал/шум. Шумоподавитель относится к типу компан-
дерных устройств, состоящих из сжимателя (компрессора) и расши-
рителя (экспандера).
При разработке шумоподавителя были учтены особенности слу-
хового восприятия сложных звуков. Они заключаются в том, что
маскирующее действие шума полезным сигналом зависит от полосы
частот, которую занимает сигнал. Если полосы частот сигнала и
шума совпадают, то маскирующее действие будет наиболее эффек-
тивным, а при значительном разносе полос — минимальным. На-
пример, высокочастотный шум с пластинки будет достаточно хорошо
прослушиваться одновременно с громкими низкочастотными и сред-
нечастотными сигналами (литавры, трубы), но он достаточно хорошо
маскируется звуками скрипичных инструментов, имеющих широкий
спектр сигнала. Учитывая это обстоятельство, в разработанном шу-
моподавителе сжатие и расширение сигналов производится в двух
частотных полосах: в полосе средних частот (центральная частота
700 Гц) и на частотах выше 2 кГц. Амплитудные характеристики
шумоподавителя для частот 640 Гц и 15 кГц приведены на рис. 59.
Из рисунка видно, что шумоподавление на средних частотах со-
ставляет 10 дБ, а на высоких достигает 15 дБ. В системе записи-
воспроизведения по способу CD-4 сжиматель 5 устанавливают в
разностном канале устройства записи (см. рис. 56), а расширитель 6
(рис. 61) включают в канал воспроизводящего устройства, в кото-
ром происходит демодуляция высокочастотного сигнала. При таком
включении шумоподавитель снижает уровень шумов, возникающих
при воспроизведении записи с пластинки CD-4 и одновременно улуч-
шает переходное затухание между каналами, так как вместе с шу-
мом в расширителе 6 ослабляются сигналы, проникшие из соседних
каналов вследствие недостаточного переходного затухания звуко-
снимателя.
Действие шумоподавителя не распространяется на суммарные
сигналы, которые воспроизводятся на двухканальном (или монофо-
ническом) устройстве. Этим обеспечиваются условия прямой совме-
стимости, требующие, чтобы воспроизведение записи с пластинки
CD-4 на двухканальном аппарате, в котором нет расширителя, про-
исходило без потери качества звучания. Шумоподавитель для пла-
стинок CD-4 точно восстанавливает динамический диапазон исход-
ного сигнала и не вносит дополнительных нелинейных искажений.
Многочисленные опыты, проведенные во время разработки спо-
соба CD-4, позволили установить, что оптимальное качество воспро-
62
взведения получается при различных индексах модуляции* Поэтому
диапазон передачи разностных сигналов был разбит на три полосы:
в нижней полосе (20—800 Гц) индекс модуляции принят равным
10, в средней полосе (800—6000 Гц) 1 и в верхней полосе (6—
20 кГц) 0,3. Частотную модуляцию с индексом модуляции 1 принято
называть фазовой модуляцией. Применение частотной и фазовой мо-
дуляции позволяет ввести частотную коррекцию сигнала (см. рис 56,
блок 6), которая снижает нелинейные искажения и уменьшает уро-
вень шумов при воспроизведении.
Воспроизведение записи с
квадрафонических пластинок
CD-4 осуществляется на электро-
проигрывающих устройствах, ос-
нащенных стереофоническим зву-
коснимателем с рабочим диапазо-
ном частот 30 Гц—45 кГц. Для
облегчения условий огибания сте-
нок канавки на высоких частотах
(для уменьшения искажений оги-
бания) в звукоснимателе приме-
няется игла Сибата. Форма этой
иглы приближена к форме резца.
Кроме этого, площадь контакта
иглы Сибата со стенками канавки
в 4 раза больше, чем у эллипти-
ческой иглы, что уменьшает износ
иглы и пластинки. Поэтому игла
Сибата имеет не меньший срок
службы, чем эллиптическая. На
на рис. 60, а показано положение эллиптической иглы в канавке,
а на рис. 60, б — иглы Сибата.
Структурная схема канала воспроизведения пластинок CD-4
приведена на рис. 61. Сигналы Л и П с выхода стереофонического
звукоснимателя поступают на вход предварительного усилителя /,
где из них фильтрами выделяются суммарные сигналы Лп+Л3 и
77п+П3 и разностные сигналы (Лп—Лэ)чм и (77п—773)Чм- Суммарные
сигналы подаются в суммарно-разностный преобразователь 2, а раз-
ностные сигналы — в ЧМ-детектор 5, с выхода которого звуковые
сигналы после линии задержки 4 корректируются в блоке 5, вос-
станавливаются по уровню в расширителе 6 и также подаются в
суммарно-разностный преобразователь 2, где сигналы левого и пра-
вого каналов складываются и вычитаются следующим образом:
I /2 ((Лп + Л3) + (Ла - Л3)] = лп-
1 /2 1(ЛИ + Л3) - (Ла - Л3)] = Л3;
। /2 ЦПа + П3) + (Пп - Z73)J = Пп;
1 /2 1(Па + П3) - (Па - П3)] = П3.
Образованные на выходе суммарно-разностного преобразователя
четыре линейных сигнала, которые излучаются соответствующими
* Индекс модуляции — отношение девиации частоты к частоте
модуляции.
63
громкоговорителями, полностью идентичны четырем первичным сиг-
налам микрофонов. Полное восстановление первичных сигналов
после их объединения в два канала является отличительной особен-
ностью способа CD-4. Чтобы подчеркнуть эту особенность, способ
CD-4 получил название дискретного.
При проигрывании пластинок CD-4 на стереофоническом (двух-
канальном) устройстве воспроизводятся две пары суммарных сиг-
налов Лп+Лз и Пп+Пз, что обеспечивает полную передачу первич-
Рис. 61.
ной информации без потери качества звучания. Сигнал несущей ча-
стоты 30 кГц после проигрывания пластинки CD-4 сферической (или
эллиптической) иглой изнашивается незначительно. Как показали
опыты, квадрафоническая пластинка, проигранная 100 раз сфериче-
ской иглой при прижимной силе звукоснимателя 50 мН (5 г), обес-
печиваем приемлемое качество звучания при последующем воспро-
изведении на квадрафонической аппаратуре.
В воспроизводящих аппаратах высшего класса приняты меры для
ослабления уровня шумов, возникающих при уменьшении амплитуды
несущей частоты, подаваемой на ЧМ-детектор. Кратковременные
выпадения несущей частоты (или ослабления ее уровня) могут про-
исходить, как указывалось вследствие ухудшения условий огибания
иглой канавки, если суммарный или разностный сигналы записаны
с большим уровнем^ а также при попадании пыли под иглу или при
повреждениях канавки. В момент отсутствия несущей частоты ЧМ
детектор выпадает из синхронизма, что приводит к увеличению уров-
ня шума.
Для устранения этого недостатка совместно с основным ЧМ де-
тектором 5 (рис. 62) включается синхронный детектор уровня несу-
щей частоты 6> который при уменьшении амплитуды несущей часто-
64
ты ниже определенного уровня вырабатывает два сигнала. Один из
них включает индикаторную лампочку 12, сигнализирующую об от-
сутствии частоты, а второй поступает на управляющий вход усили-
теля 9 с переменным коэффициентом усиления и запирает данный
канал разностного сигнала. В этом случае, как показывают уравне-
ния (29), передний и задний левые (или правые) громкоговорители
будут излучать одинаковый суммарный сигнал Лп+Л3 (или Пц+П3)
без разделения. Выключение разностного канала производится с по-
Рнс. 62
стоянной времени 20 мкс. Чтобы исключить появление шума в про-
межутке времени 20 мкс, суммарные сигналы записываются с за-
держкой на 40 мкс относительно разностных сигналов (блок времен-
ной задержки 3 на рис. 56).
В декодирующем устройстве после ЧМ детектора также включен
блок временной задержки 4 (рис. 61), который восстанавливает вре-
менные соотношения, при отсутствии выпадений несущей частоты (на
рис. 62 блок временной задержки совмещен с низкочастотным фильт-
ром 7). Для включения канала необходимо, чтобы амплитуда не-
сущей частоты сохраняла требуемое значение в период времени не
менее 60.0 мкс. Как показали испытания, кратковременные выклю-
чения одного (или двух) разностных каналов оказываются незамет-
ными на слух. Описанное устройство осуществляет автоматическое
переключение режима работы при проигрывании стереофонических
пластинок на квадрафоническом аппарате. При отсутствии несущей
частоты устройство выключает каналы разностных сигналов и обес-
печивает подачу сигналов передних каналов на задние громкогово-
рители.
В декодирующем устройстве на рис. 62 сигнал после ЧМ детек-
тора 5 управляет частотой генератора //, служащего для стабилиза-
ции работы обоих детекторов. Блоки 1 и 3 являются фильтрами,
один с полосой пропускания 0—15 кГц, а второй — 20—45 кГц.
Блок 8 — корректирующее «устройство, а блок 10 — расширитель
Декодирующее устройство достаточно сложно и содержит бо-
лее 100 различных деталей (резисторы, полупроводниковые триоды
и диоды и т. л.). Для сокращения расходов на изготовление этого
устройства ряд фирм США и Японии все узлы внутри прямоуголь-
ника. изображенного пунктиром на рис. 62, выполняют па интеграль-
ных микросхемах.
5—656	()□
В настоящее время некоторые фирмы выпускают квадрафониче-
ские проигрыватели с двумя блоками декодирующих устройств, один
из которых позволяет воспроизводить запись с пластинок CD-4, а
второй — с пластинок SQ. Необходимое переключение блоков про-
изводится автоматически при помощи дополнительного ЧМ-детекто-
ра, определяющего уровень несущей частоты 30 кГц
Универсальный дискретный способ звукопередачи
Способ квадрафонической записи и воспроизведения, разрабо-
танный профессором Д Купером совместно с японской фирмой
«Ниппон колумбия компани», явля-
ется сочетанием видоизмененных спо-
собов симметричного матричного QS
и дискретного CD-4. Способ Д. Купе-
ра получил название универсального
дискретного UD-4 (первоначально он
был назван способом UMX) В осно-
ву его положено разложение сигнала
S каждого источника звука (микро-
фона), расположенного под углом а
(рис. 63), в ряд Фурье:
S (а) = ав + Cje'" + c2ei2a Ч-
...+ с_-1е-/« + с_2е-/2а._|--- (30)
Коэффициенты Си £-ь и
другие представляют собой сигналы,
образующие каналы передачи. Д. Ку-
пер обозначил их Т 2 (суммарный монофонический сигнал), Тд
(разностный сигнал), Тт и Tq (дополнительные сигналы)
Для п источников звука эти сигналы определяются выражени-
* ямп:
= % = 2
гд=ci = 2 \в~,ак = 2 \ е'(а^л/2)
Тт =	= 2 sk е>а = 2 She-nak^2)-
6=1	k=]
Tq = = t	\ e2'<«k+n'2),
6=1	6=1
(31)
где Sk — /г-й источник сигнала.
Сигнал образуется суммированием сигналов от всех источ-
ников звука, с сохранением фазы. Для образования разностного сш-
нала Гд фаза сигнала каждого источника изменяется в определенном
соотношении Дополнительный сигнал Тт образуется так же, как
сигнал Тд, только фаза изменяется в противоположном направлении,
а в сигнале Tq изменение фазы удваивается.
66
Способ UD-4 разработан в трех вариантах В наиболее простом
варианте ВМХ по двум каналам передаются только сигналы и
Тд. Для удовлетворения условий совместимости они обычно подвер-
гаются суммарно-разностным преобразованиям, в результате кото-
рых сигналы Л и П:
п
л = Ts + Тд = 2 sft (1 + е'(“*+л/2)),
к7	<32>
п = Ts - Тд = 2 Sh (I -
/?=1
Эти сигналы записываются на левую и правую стенки канавки, как
при обычной стереофонической записи. При воспроизведении пере-
ходное затухание между декодированными- выходными сигналами
составит в этом случае 3 дБ, как при обычном матричном способе
Улучшение направленного восприятия источников звука достигается
передачей дополнительных сигналов Тт и Tq. Так, например, при
дсгоавлеппи к матрицированным сигналам Л и П третьего сигнала
(вариант ТМХ) переходное затухание увеличивается до 10,5 дБ,
а при передаче всех четырех сигналов переходное затухание между
соседними каналами увеличивается до бесконечности, как в дискрет-
ном способе CD-4
Структурная схема каналов записи-воспроизведения по способу
UD-4 приведена на рис. 64. Сигналы Sa от четырех источников звука
(микрофонов) поступают на устройства /—4, каждое из которых
образует соответствующий член сигналов , 7д>Тт и Tq, Затем
сигналы Тт и Tq ограничиваются полосовыми фильтрами 10 и 11
Изменение фазы сигналов, внесенное фильтрами, компенсируется со-
ответствующей коррекцией фазы сигналов иТд в фазовых кор-
ректорах 12 и 13. При воспроизведении сигналы 7Д, Тт и Tq
декодируются в устройствах 5—8 и после суммирования образуются
четыре выходных сигнала Р 01, Р02,	» ^64 > которые излучаются
громкоговорителями. При воспроизведении записи по способу UD-4
возможно произвольное расположение громкоговорителей в комнате
прослушивания (под углом 0, рис. 63). Например, четыре громкого-
ворителя можно установить спереди, сзади, слева и справа или
разместить два громкоговорителя спереди и два сзади.
Положительной особенностью рассматриваемого способа UD-4
является возможность передачи дополнительных сигналов Тт и Tq
в ограниченной полосе частот (например, 130—-3000 Гц) без ухуд-
шения общего качества звучания и ослабления переходного затуха-
ния. Эти сигналы, как и в способе CD-4, записываются в надтональ-
ной области с помощью частотной модуляции несущей частоты
26 кГц (а не 30 кГц, как в способе CD-4). При ширине боковых
полос 4 кГц наивысшая частота полосы передачи равна 30 кГц
(вместо 45 кГц в способе CD-4) При этом ширина полосы в тональ-
ной области расширена до 18 кГц по сравнению с 15 кГц в пластин-
ках CD-4. Запись на лаковый диск по способу UD-4 производится
при-частоте вращения 16 2/3 об/мин, т е вдвое меньшей, чем вос-
произведение Применяется стандартная характеристика записи (как
Для двухканальных стереопластинок).
5*
67
Квадрафонические пластинки с записью по способу UD-4 выпу-
щены ограниченным тиражом в 1972 г. Несмотря на некоторые пре-
имущества, практическое распространение способа UD-4 сдерживает
сложность аппаратуры, необходимой для образования четырех сиг-
налов и их декодирования
В заключение рассмотрения квадрафонических способов для
грамзаписи следует отметить, что все они обеспечивают лучшее вос-
становление первичной пространственной звуковой картины при вос-
произведении, чем двухканальные системы передачи Квадрафони-
ческие способы позволяют звукорежиссеру проявить творческую фан-
тазия? и являются поэтому предпочтительнее стереофонических. Тем
не менее в настоящее время не ставится задача полной замены двух-
канальной стереофонии четырехканальной квадрафонией. Однако
определенный круг любителей музыки для дальнейшего повышения
качества звучания уже сегодня согласен заменить двухканальную
аппаратуру более дорогой четырехканальной.
68
КВАДРАФОНИЧЕСКОЕ радиовещание
Известны трудности, с которыми пришлось столкнуться при вве-
дении двухканального стереофонического радиовещания От системы
стереофонического вещания потребовалось, чтобы она не увеличивала
тесноту в эфире, т. е. не требовала введения новых радиовещатель-
ных станций, чтобы обеспечивалась совместимость стереофони-
ческих передач с монофоническим радиоприемом, чтобы приемник
стереофонических передач не был слишком сложным и доро
гим, чтобы обеспечивалось достаточно хорошее разделение ка
налов
Эти трудности в еще большей степени проявились, когда встал
вопрос о квадрафоническом радиовещании. Необходимость передачи
четырех полноценных звуковых сигналов на одной несущей частоте
требует еще большего, чем при двухканальной стереофонии, расши-
рения полосы модулирующих частот передатчика В результате про-
исходит дальнейшее ухудшение отношения сигнал/шум и уменьше-
ние радиуса обслуживания радиостанции [5].
Системы квадрафонического радиовещания
К настоящему времени предложено более десятка различных
систем квадрафонического радиовещания. Ни одна из них не пре-
дусматривает, конечно, использования четырех или даже двух не-
сущих частот Способы передачи строятся на использовании допол-
нительных поднесущих частот, квадратурной модуляции, а также
временного разделения каналов
Как правило, каждая из предложенных систем предусматривает
передачу на УКВ и является совместимой с одной из систем двух-
канального стереофонического радиовещания, которые рекомен-
дованы для международного использования: советской системой
с полярной модуляцией или американской системой с пилот-сиг-
налом
В 1969 г в США была предложена система Холстеда, использо-
вавшая для передачи двух передних сигналов Лп и Пи стандартную
двухканальную стереофоническую систему. Задние сигналы Л3 и П9
передавались на двух поднесущих 69 и 92 кГц, модулируемых по
частоте При этом 70% девиации частоты передатчика отводилось
для передних сигналов, передаваемых с полосой частот до 15 кГц и
10—12% девиации частоты — для каждого заднею сигнала, переда-
ваемых вследствие этого с полосой частот 8—10 кГц
Первоначально система Холстеда не обеспечивала совместимости
с монофонией и двухканальной стереофонией Чтобы преодолеть
этот недостаток, было предложено вместо сигналов Лп, /7П Л3 и Па
передавать сигналы 2Ли~~Л^ 2ПП—Па, 2Ла—Лп и 2Па—Пп Спектр
этих модулирующих сигналов* показан на рис 65
При квадрафоническом радиоприеме с помощью матрицы легко
восстанавливались четыре исходных сигнала Лп, /7П, Лэ и /73
В двухканальном стереофоническом приемнике использовалась сиг-
налы 2ЛП— Ла и 2/7п—/73, а через монофонический радиоприемник
прослушивался сигнал 2Лп+2Пп—Ла—Па Снижение в 2 раза уровня
задних сигналов при двухканааьном и одноканальном воспроизведе-
нии разработчики нс считают недостатком системы Напротив, они
отмечают, что такое снижение позволяет уменьшить уровень акусти-
69
ческой реверберации, который при монофоническом и стереофониче-
ском прослушивании квадрафонической радиопередачи оказывается
слишком большим.
В другой американской системе, предложенной Мак-Мартином,
применяется временное разделение задних каналов. Сигналы этих
каналов поступают на коммутатор, работающий с частотой 19 кГц,
т. е с частотой, лежащей за пределами передаваемого диапазона
звуковых частот. Полученный сигнал модулирует по частоте подне-
сущую 67 кГц и, пройдя фильтр нижних частот, смешивается с сиг-
налом передних каналов, который получается обычным путем, как
это происходит при двухканальной стереофонической радиопередаче
с использованием пилот-сигнала частотой 19 кГц. В радиоприемнике
происходит обратное преобразование, приводящее к получению сиг-
налов Лп, /7п, Лз и /73-
Хотя эта система квадрафонического радиовещания обеспечивает
более узкую полосу частот в Эфире, ей все же свойственны недостат-
ки предыдущей системы, неполная совместимость, узкий диапазон
передаваемых частот для задних каналов.
Наиболее совершенной из предложенных систем квадрафониче-
ского радиовещания, которую предполагают стандартизировать в
международном масштабе, является система Доррзна. В этой системе
также применяется разделение каналов по времени передачи. Для
коммутации выбрана частота 76 кГц. С такой частотой в блоках 1
(рис. 66) коммутируются отдельно два левых и два правых канала.
Полученные сигналы подаются на стереофонический модулятор 2,
работающий на поднесущей частоте 38 кГц. Сама поднесущая подав-
ляется, а передается пилот-сигнал частотой 19 кГц, полученный в ге-
нераторе 3. Результирующий сложный квадрафонический сигнал по-
ступает на УКВ передатчик 4. В схеме передатчика используются
два умножителя частоты: Х2— умножитель частоты на два; Х4—
умножитель частоты на четыре.
В квадрафоническом приемнике принятый антенной радиосигнал
(рис. 67) подвергается частотному детектированию в блоке /, про-
ходит стереодекодер 2, где с помощью пилот-сигнала восстанавлива-
ется поднесущая 38 кГц, и затем распределяется на четыре выхода
с помощью двух электронных коммутаторов, работающих с часто-
той переключения 76 кГц, которая получается с помощью умножи-
теля Х2.
70
В результате передачи по системе Доррена четыре исходных сиг-
нала оказываются представленными следующими четырьмя комбина-
циями напряжений:
~ ^лп + С/лз + ^пп + ^пз;
^38sin ~ ^ЛП + лз	^ПИ ^ПЗ’
^38COS = ^ЛП ^лз	Uqu + Чпз*
^76 = £/лп   ^лз + ^пп	^пз •
Рис 66.
Рис 67
Спектр комплексного квадрафоническою сигнала представлен
на рис. 68.
Сигнал суммы £/0 занимает диапазон частот до 15 кГц и мо-
жет приниматься обычном монофоническим ЧМ приемником.
Сигналы и Checos располагаются в первой надтональной
области частот (вокруг частоты 38 кГц). Эти сигналы получаются
путем балансной амплитудной модуляции, в результате которой не-
сущая частота оказывается полностью подавленной, и передаются хо
сдвигом по фазе относительно друг друга на 90°, т. е. находятся в
квадратуре При двухканальном радиоприеме детектируется только
первый сш нал, чем обеспечивается полноценное стереофоническое
71
воспроизведение Сигналов #лп+#лз по левому и сигналов #Пп+#лз
по правому каналам.
Сигнал #76 передается путем балансной модуляции во второй
надтональной области частот (вокруг частоты 76 кГц). Получение
четырех первичных сигналов в квадрафоническом радиоприемнике
может осуществляться, как показано на рис. 67, или путем выделения
четырех комбинированных сигналов (33) и последующего суммарно-
разностного преобразования их по формулам:
"о 4“ ^38Sln 4" ^38COS 4" #76 = 4#лц;
"о ^38 sin	^38COS + ^76 “
4" #88sin	^38cos ^76 “ 4#лз»
^38Sin 4" #38cos ^76 “ ^ПЗ*
(34)
Система Доррена обеспечивает передачу всех четырех сигналов
с одинаковым качеством в диапазоне частот 30—15 000 Гц Отноше-
ние сигнал/шум в каждом канале несколько хуже, чем при двухка-
нальном стереофоническом вещании. Поэтому для квадрафоничес-
кого радиовещания актуальным является вопрос об использовании в
тракте передачи устройств шумоподавления.
Системы Доррена были разработаны в США применительно к
радиопередаче с использованием пилот-сигнала. С небольшими из-
менениями каждая из них может быть применена и к советской си-
стеме с полярной модуляцией.
При разработке экспериментальной системы квадрафонического
радиовещания в СССР за основу была взята система Доррена. По-
скольку в системе с полярной модуляцией стандартизованная подне-
сущая равна двукратной частоте строк телевизионного изображения,
т. е. 31,25 кГц, то вторая поднесущая взята равной 62,5 кГц, а не
76 кГц, как в американской системе. Это позволило несколько сузить
полосу частот, которые модулируют передатчик и тем самым облег-
чить реализацию системы.
Спектр модулирующих сигналов квадрафонического радиовеща-
ния по системе с полярной модуляцией, разработанной во ВНИИРПА,
показан на рис. 69. В отличие от американской системы в квадрату-
ре передаются сигналы во второй надтональной области, что обеспе-
чивает советской системе совместимость с двухканальным стереофо-
ническим радиовещанием.
Квадрафонические сигналы связаны с передаваемыми сигналами
следующими соотношениями: Д=Лп+Л3, В^—Пп+Па, С—Лп—Ла,
D »= 77 п—773.
Исходные квадрафонические сигналы восстанавливаются в квад-
рафоническом радиоприемнике в результате выполнения следующих
операций: А4-С=2ЛП, А—С=2Ла, В-\-й~2Пх^ В—D — 2Ila
Система квадрафонического радиовещания с полярной модуля-
цией обеспечивает переходные затухания между каналами не менее
20 дБ, что не приводит к искажениям локализации и вполне доста-
точно для высококачественной стереофонической передачи. Ухудше-
ние отношения сигнал/шум по сравнению с монофонической переда-
чей достигает 9,6 дБ, что вызывает необходимость введения в канал
радиопередачи устройств шумоподавления компандерного типа.
72
В настоящее время наибольшее распространение в сфере быто-
вой радиоэлектроники получила система шумоподавления Долби, в
которой обратимое преобразование (сжатие — расширение динами-
ческого диапазона) осуществляется в области малых уровней звуко-
вого сигнала, поэтому работа системы автоматического регулирова-
ния незаметна на слух, кроме того, «сжатая» радиопрограмма может
приниматься обычным радиоприемником (без расширителя) с при-
емлемым качеством звучания.
Квадрафонический радиоприемник
Структурная схема радиоприемника советской квадрафоничес-
кой системы показана на рис. 70. От схемы обычного ЧМ радиопри-
емника она отличается тем, что после УКВ-блока /, усилителя про-
межуточной частоты 2 и частотного детектора 3 сложный квадрафо-
9
Рис. 70.
ническии сигнал, со спектром, изображенным на рис. 69, подается на
стереодекодер 4 и квадрадекодер 5, которые выделяют сигналы Лп+
4~Лз, /7и+/73, Лп—Л3, Па—П3. Эти сигналы поступают в схему
с\ммарно-разностного преобразователя 6, где получаются сигналы
Лп, /7п, Л3 и П3> которые после соответствующего усиления в бло-
ках 7 подаются на распределенную систему громкоговорителей
В квадрафонический приемник вводятся индикаторы стереофо-
нической 8 и квадрафонической 9 передачи, чтобы слушатель, вклю-
чив и настроив приемник, мог определить, какой вид программы он
слушает. В квадрафонических приемниках часто применяют автома-
тическое переключение режимов моно-стерео-квадра в зависимости
от того, на какую передающую станцию настроен приемник.
73
Уже упоминалось о том, что увеличение спектра модулирующих
частот приводит к ухудшению отношения сигнал/шум на выходе
радиоприемника Чтобы получить на выходе отношение сигнал/шум,
равное 26 дБ, на вход монофонического приемника должен поступать
сигнал 3 мВ, в стереофоническом приемнике напряжение входного
сигнала должно быть увеличено в 10—20 раз, а в квадрафоническом
приемнике — еще в 3 раза. При конструировании радиоприемников
принимают все возможные меры, чтобы хотя бы частично компенси-
ровать недостаточный уровень входного сигнала Хорошего эффекта
Рис 72
можно достичь, применяя более совершенную, чем при моноприеме,
внешнюю антенну, например многоэлементную, направленную Это
позволяет увеличить полезный сигнал на входе приемника и улуч-
шить в конечном счете отношение сигнал/шум. С этой же целью во
входных каскадах квадрафонических приемников применяют мало-
шумящие полевые транзисторы
Для квадрафонического радиовещания в эфире выделяется по-
лоса частот 66—73 МГц (диапазон волн 4,1—4,5 м). Поскольку
квадрафонический приемник должен принимать полосу модулирую-
щих частот, в 5 раз превышающую полосу частот при моноириеме,
особые требования предъявляются к характеристикам тракта про-
межуточной частоты и частотного детектора приемника Полоса про-
пускания высокочастотного тракта должна быть расширена не менее
чем до 160 кГц (при 120 кГц в монофоническом приемнике) Очень
важно иметь по-возможности равномерную амплитудно-частотную
характеристику высокочастотного тракта, приближающуюся к иде-
альной (характеристика / па рис 71) Практически вследствие резо-
нансной настройки входных контуров приемника эта характеристика
имеет вид кривой 2.
Реальная фазо-частотная характеристика также отличается от
идеальной прямолинейной характеристики 3 Вследствие этого высо-
кочастотный тракт квадрафонического приемника, как и любого
другого приемника ЧМ сигналов, может служить источником частот-
ных и нелинейных искажений Наибольшую неприятность доставляют
нелинейные искажения. Для того чтобы приблизиться к идеальным
частотным характеристикам и снизить тем самым уровень искажений,
в трактах ЧЧ современных радиоприемников применяют вместо пар
связанных контуров фильтры сосредоточенной селекции, размещае-
мые на входе тракта промежуточной частоты
В монофонических ЧМ радиоприемниках сигнал с выхода час-
тотного детектора поступает на вход усилителя звуковой частоты,
1де имеется возможность ручной регулировки усиления. В стерео- и
74
квадрафонических приемниках выходное напряжение частотного де-
тектора подается на входы декодеров, где ставить ручной регулятор
усиления нецелесообразно, поскольку для проигрывания грамзаписи
пришлось бы ставить второй регулятор. Поэтому в квадрафоничес-
ком приемнике нужно, чтобы сигнал на выходе частотного детектора
менялся не более чем в 2 раза при изменении уровня входного сиг-
нала от 10 мкВ до 0,1 Ви более. Практически это легко достигается
вследствие большого усиления тракта промежуточной частоты, в
которой уже при самых слабых входных сигналах начинается их
амплитудное ограничение и при дальнейшем возрастании входного
сигнала напряжение на выходе частотного детектора остается посто-
янным.
На рис. 72 показан выход частотного детектора квадрафоничес-
кого приемника. Конденсатор Ci предназначен для короткого замы-
кания на землю составляющей промежуточной частоты. В квадра-
фоническом приемнике его емкость должна быть очень малой (30 пФ),
чтобы обеспечивалась устойчивость высокочастотного тракта. Кон-
денсатор С2 представляет собой распределенную емкость монтажа
и, если декодеры расположены в приемнике далеко от частотного
детектора, а монтаж выполнен экранированным проводом, может
быть значительной. Обычно стремятся к тому, чтобы постоянная вре-
мени RC паразитных интегрирующих цепей на выходе частотного
детектора не превышала 0,1 мкс. При выходном сопротивлении де-
тектора 10 кОм необходимо иметь выходную емкость не более 10 пФ.
Только при этих условиях может быть получена желаемая форма
амплитудно-частотной характеристики в области частот 35—45 кГц.
С этой же целью в практике конструирования радиоприемников за-
частую после частотного детектора вводят частотную коррекцию.
Задача стерео- и квадрадекодеров состоит в выделении из ком-
плексного квадрафонического сигнала суммарно-разностных сигна-
лов Л, В, С, D, из которых в следующем блоке приемника получают
исходные квадрафонические сигналы Лп, Л3, Пп, /73. В квадрафони-
ческих приемниках целесообразно применять способ ключевого деко-
дирования по огибающей. Разработан отечественный декодер на пе-
ремножителях, который при малом уровне нелинейных искажений
позволяет получать большие значения переходных затуханий между
каналами *
Низкочастотная часть квадрафонического приемника выполняет-
ся в виде блока, содержащего четыре идентичных по своим харак-
теристикам усилителя звуковых частот. Иногда четырехканальный
усилитель звуковой частоты выполняется в виде самостоятельной
конструкции. Такой агрегат в соединении с комплектом из четырех
громкоговорителей может использоваться как оконечная часть любой
квадрафонической установки, в которую может входить квадрафони-
ческий тьюнер, включающий блоки 1—6 (см. рис. 70), квадрафони-
ческое электропроигрывающее устройство или квадрафоническая маг-
нитофонная приставка.
Структурная схема квадрафонического усилителя в самом общем
виде изображена на рис. 73. Она состоит из двух независимых друг
* Вопросы детектирования полярно-модулированных колебаний
подробно рассмотрены в книге Л М Кононовича «Стереофоническое
радиовещание», М, Связь, 1974, а вопросы построения схем стерео-
декодеров — в [15].
75
от друга пар усилительных цепей, состоящих из предварительного
ПУ и оконечного ОУ усилителей для двух передних и двух задних
каналов Каждая пара связана сдвоенными регуляторами громкости
(/, 2), корректорами низких частот (5, 4), корректорами высоких ча-
стот (5, 6), а также регуляторами баланса передних каналов РБП
и задних каналов РБЗ
В режиме «квадра» на все входы предварительных усилителей по-
ступают сигналы от соответствующих выходов суммарно-разностно-
го преобразователя В режиме
ПУдп	«стерео» сигналы с преобразо-
ПУпп
ПУП?
вателя поступают только на
входы ПУла и ПУип В режи-
ме «моно» на входы двух пе-
редних или всех четырех пред-
варительных усилителей по-
дается один и тот же сигнал
Обычно в схемах четырехка-
нальных усилителей предусма-
тривается также режим «псев-

доквадра», когда из выходных
сигналов предварительных уси-
лителей передних каналов вы-
деляют сигналы Лп—Па и
Пп—Лп и подают их в усили-
тельные цепи задних каналов
В режиме «псевдостерео» рабо-
тают только передние каналы,
а сигналы, передаваемые по
ним, различаются, например,
поворотом фазы на верхних ча-
стотах
Рис 73	Обычно достаточно иметь
глубину регулировки баланса
каждой пары каналов в преде-
лах ±6 дБ Наиболее распространенные схемы регулировки баланса
приведены на рис 74 (а — схема с широким диапазоном регулиров
ки, б — схема с ограниченным диапазоном, в — схема с одним по
тенциометром, г — схема, предусматривающая сопряжение с высоко-
омным источником, д — схема с регулированием напряжения смеще
ния на сетках, базах или эмиттерах усилительных элементов)
При конструировании квадрафонического радиоприемника очень
важно обеспечить идентичность амплитудно-частотных характеристик
для каждой пары каналов, особенно для передних, так как в против-
ном случае будет потеряна четкость локализации отдельных кажу-
щихся источников звука Для приемников высшего класса расхож-
дение частотных характеристик каналов не должно превышать 3 дБ
в диапазоне 100—6000 Гц и 5 дБ на краях передаваемого звукового
диапазона Переходное затухание на частоте 1000 Гц должно быть
не менее 40 дБ, на частотах 300 и 5000 Гц — не менее 32 дБ, на
частоте 10 000 Гц — не менее 26 дБ
Вопрос о целесообразности введения в радиовещание квадрафо-
нии в ее подлинном виде, тес передачей четырех каналов по раз-
дельным каналам, все еще остается дискуссионным Поскольку ди-
скретная квадрафония влечет за собой усложнение передающей и
приемной аппаратуры, а также ухудшение отношения сигнал/шум в
76
Рис 74
тракте передачи, часто высказывается предложение ограничиться при
передаче по радио матричными системами при использовании с не-
большими переделками существующего оборудования
АППАРАТУРА ЧЕТЫРЕХКАНАЛЬНОГО ЗВУКОВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ
Специфические элементы аппаратуры квадрафонического
звуковоспроизведения
Квадрафоническая воспроизводящая аппаратура основывается
на технике двухканальной стереофонии В наибольшей мере это каса-
ется оконечной части звуковоспроизводящей установки — использу-
ются такие же усилители мощности, такие же громкоговорители,
только в удвоенном количестве Но есть в квадрафонической аппара-
туре и специфические элементы декодирующие устройства, индика-
торы квадрабаланса, квадрафонические головные телефоны
Квадрадекодеры. В связи с тем что в настоящее время существу-
ет несколько систем квадрафонии, обычно в выпускаемую аппарату-
ру вводится несколько видов декодирующих устройств Существуют
универсальные квадрафонические декодеры, способные выделять че-
тыре сигнала из двух, закодированных по системе SQ, QS, CD-4 или
UD-4
На рис 75 приведена принципиальная схема матричного квадра-
декодера системы SQ, разработанная ВНИИРПА На вход декодера
со стереофонического звукоснимателя, проигрывающего SQ-грам
пластинку, подаются сигналы Л и П Эти сигналы усиливаются и без
изменения подаются на выход, образуя Выходные сигналы Ла и Пп
Сигналы Л3 и П3 получаются следующим образом Входные сиг-
налы Л и П через конденсаторы Ci (С>) и развязывающие резисторы
77
оо
Л
\22к
15к
П
о-
9
Л
о-
10
. С1
5,0x1 5 В
С8
22и 2з$5к
5»
J Н75^
ед
R23
R22	_ _ R34
9,7к\]сч66н 2,2к
R11 Т1
R36 2Чк
Су 1,1 к
-19v]p
к
1нТ18к
Т2
22к R22
2,2к
1,2к
R21
Ц,7к
Rz
ЮОк
Сг
5,0x158
Тц
Rzo
Ч-,7к\\С^0,22М
^11 Ts
Я2ц.27к
С13 4,7n
R31
2,2
Ciq22h
R38 29к
R19
9,7к
1,2 к
Ti-TS
КТ315Г
213
1,2к
R1
ЮОк
Яз22,2к
R39 Зк
R^7 91к
R18
Ц,7к
Т5
Об R30
0,22М 2,2к
R2s27k
0^4,7»
Rl7
Ц,7к
R?9
2,2к
Сю22н
Ruo 2Чк
Сго
Rs133k 100х25В
~ 1р53
\ Ц22к
- 100,0 10,0
х25В х25В
C27 ЗОпФ
10,0x15 В	I
—------------
Ябц150к Г77±~| .
з-ЛакГр с
c2s +±120
20,0x15 В Т
RS71k +18 В
С зб 20,0 х15В
_±Jl----,----------
" 1И5х 5,6н[		
		
Rug 91k,
R39 5k	c
Ci7]mx15B
15k
R53 Ч7к
.%57
\12к
R58^7k
ХЬ
Сзг х
10x15В
^55
) 1,2М
?9
Сзо ЗОпФс^у
С2610,0Х15В Г
—<НА---------
*й_"1 At
20,0x158 =r
R?8
R75
JOOk
।
^1УТЧ01Б А/?^
ЧЮОк
1620_________J
RsoIOOk
120 пФ
R?g 820
С37 20,0x15В
t|hT^7
Ц 3,9 к
7	- ю
[j 2?г
______\}8,2к
Rgi ЮОк
Сзз 20,0 Х15В
~о
А
R20
R16 Ч,7к
Т7
С?56н
С15"1,1н
Rm 1,2 к
Я15
%7к
6l6 пЯцз
С11 22н
Ru2 2Чк
22к
Т8
R282,2k
R#i3k
RZ7
2,2k
Сгз
RS2 +1OX15B
33k	]
^54 И
120к У
СзгЗОпФ
С2510,0 Х15В
Rs# 100k
150 к С зз
20,0x15В
Сзз ЗОпФ
С2ц 10,0x15В
Сзз 20,Qx15B
JI----1---------£
Rsi H»5
—r—i—\8Bk
1SOk C3S +
20,0x15B :
R71 П
120пФ 3,9к X_______
RS3 620 f\R?o
_____________У 8,2k
1УТЮ1Б
R69
RB6 100k
520

Рис. 75.
/?и, R12 (Ri3, Rift) поступают на базы транзисторов Tit Т3, Т5 и T7t
которые вместе с транзисторами Т2, Т8 и Т8 образуют всеволно-
вые фильтры. Сигнал проходит через этот фильтр с поворотом фазы
(ф—0°) и (ф—90°). Фильтры выполнены в виде фазовращателя с
большим углом и позволяют сдвигать все частоты с неизменной ампли-
тудой. В них применены конденсаторы с допуском ±5% и линейной
температурной характеристикой.
Блок транзисторе в Ti, Т2 и построенный симметрично блок
транзисторов Г7 и Т8 образуют передние выходные каналы Лп и Пп.
Рис. 76.
Блок транзисторов Т3, Л и симметричный блок транзисторов Т$, Тв
образуют задние выходные каналы Л3 и /73, которые сдвинуты по
фазе на —90° относительно передних каналов. Введение в систему
воспроизведения схем фазового сдвига продиктовано стремлением
устранить возможность противофазной работы громкоговорителей.
Транзистор Т2 первого канала через делитель напряжения R3it
Rse связан с буферным усилителем У1, выполненным на операцион-
ном усилителе в интегральном исполнении 1УТ401Б. Подобным обра-
зом левый канал связан с усилителем Через резистор R^ сигнал
/7П, ослабленный на 3 дБ, подмешивается к сигналу Л3, а через рези-
стор /?5о сигнал Пэ, также ослабленный на 3 дБ, подмешивается к
сигналу Ла. Дополнительно сигнал Л3, проходя через транзистор Т8,
меняет фазу на —180°. На выходе каждого канала с помощью бу-
ферных усилителей У1—У4 сигналы усиливаются на 13 дБ (в связи
с тем, что всеволновые фильтры ослабили входные сигналы на
10дБ). Усиление регулируется подстроечными резисторами R71> R78t
R&2, Rss-
Дальнейшим развитием этого декодера будет создание логиче-
ской схемы, позволяющей ослабить нежелательные проникания пре-
обладающего по уровню сигнала в другие каналы.
Во ВНИИРПА создан также декодер для системы CD-4.' Струк-
турная схема декодера представлена на рис. 76. Один из сигналов,
образовавшихся в широкополосной головке звукоснимателя, напри-
мер левый (Ла+Л3) и (Лп—Л3)чм, поступает на первый корректи-
рующий усилитель 1. Начальный участок частотной характеристики
этого усилителя в диапазоне 20—1000 Гц соответствует стандартной
характеристике воспроизведения грамзаписи; на участке 1—45 кГц
частотная характеристика равномерная.	,
Низкочастотный суммарный сигнал Лп+Л3 выделяется фильт-
ром нижних частот 2 и поступает ко второму корректирующему уси-
лителю 3, частотная характеристика которого равномерна на участке
20—1000 Гц, а в диапазоне 1—15 кГц соответствует высокочастот-
79
ному участку стандартной характеристики воспроизведения грам-
записи	а	„
Высокочастотный разностный сигнал (Лп— Л3)чм выделяется
фильтром верхних частот 4 и демодулируется в блоке 5 Фильтр
нижних частот 6 выделяет низкочастотный разностный сигнал
jja—Jl3, который подается на двухполосный экспандер 7 Расширитель,
имеющий среднечастотное и высокочастотное управляемые звенья,
восстанавливает первоначальный динамический диапазон разностно-
го сигнала, который при записи был сжат в области высоких частот.
После этого в суммарно-разностном преобразователе (матрица 8)
получаются два левых сигнала Лп и Л3. Аналогичную структуру
имеет и декодер правых сигналов
Схема декодере CD-4, таким образом, намного сложнее Даже
при добавлении логической схемы подчеркивания доминирующего
сигнала к декодеру SQ последний оказывается дешевле декодера
дискретной квадрафонии
Регуляторы громкости и индикаторы баланса. При квадрафони-
ческом прослушивании громкость можно регулировать двумя раз-
дельными регуляторами уровня передних и задних каналов Иногда
используют единый орган управления и регулировку уровня громко-
сти осуществляют при помощи четырех линейных переменных рези-
сторов, расположенных под углом 90° друг к другу и под углом 45°
к горизонтали Зажимы резисторов, направленные к центру, зазем-
ляют, а входные сигналы подают на дальние зажимы Через отвер-
стия в ручках подвижных контактов резисторов проходят рычаги,
концы которых соединяют между собой. Система рычагов представ-
ляет собой квадрат, стороны которого перпендикулярны направлению
движения подвижных контактов Регулировку уровня громкости без
нарушения баланса производят путем горизонтального перемещения
этого квадрата при помощи ручки, расположенной в центре.
Баланс уровней громкости четырех каналов при настройке квад-
рафонической системы обычно производится на слух, причем сна-
чала балансируются два передних канала, затем два задних и в кон-
це устанавливается оптимальное соотношение уровней громкости
обеих пар В процессе постоянной работы с квадрафонической вос-
производящей установкой полезно иметь квадрафонический индика-
тор баланса.
При регулировке баланса двумя спаренными потенциометрами
их движки выводят на переднюю панель индикатора квадрабаланса
и располагают под прямым углом С движками потенциометров свя-
зывают два рычага, которые перемещают индикаторную лампу в ко-
жухе Тонкий луч света от индикаторной лампы освещает разделен-
ный на квадраты полупрозрачный экран индикатора, установленный
на верхней панели устройства, показывая, таким образом, место в по-
мещении прослушивания, в котором устанавливается баланс четырех
громкоговор ителей
Имеется вариант индикатора квадрабаланса, в котором исполь-
зуются четыре неподвижные лампы, размещенные в углах квадрата
за полупрозрачным стеклом. Питание на каждую лампу подается от
общего источника через устройство с переменными резисторами, со-
противление которых определяется уровнем сигнала соответствующе-
го канала
Таким образом, интенсивность излучаемого света и, следователь-
но, освещенная площадь экрана зависят от уровня громкости зву-
ка, излучаемого каждым громкоговорителем. Такое индикаторное
80
устройство позволяет с высокой точностью установить баланс путем
сравнения освещенных площадей на квадратном экране
Квадрафонические головные телефоны. Для индивидуального
прослушивания квадрафонических записей и радиопередач могу г ис-
пользоваться головные телефоны В правом и левом корпусах квад-
рафонических головных телефонов располагают по два капсюля, один
из которых подключается к соответствующему переднему, а второй—
к заднему каналу воспроизводящей установки Обычно капсюль пе-
реднего канала располагают против входа в слуховой канал, чем
имитируется приход прямых звуков Капсюль заднего канала уста-
навливается за пределами ушной раковины, он создает впечатление
прихода отраженных звуков
Известны головные телефоны, в которых преобразователи в
каждом корпусе расположены тыльными сторонами друг к другу.
Каждый преобразователь в таких телефонах подключается к соот-
ветствующему выходу четырехканального усилителя через электрон-
ное устройство, позволяющее изменять уровень громкости и частот-
ную характеристику каждого канала, что дает возможность получить
оптимальные условия для передачи пространственного звучания и
создать иллюзию присутствия на сцене или среди музыкантов ор-
кестра.
В квадрафонических телефонах применяют, как правило, высо
кокачественные преобразователи, обеспечивающие передачу сигналов
во всем диапазоне звуковых частот (до 20 000 Гц), при минимальных
нелинейных искажениях (не более 1%), большом динамическом диа-
пазоне (головные телефоны способны создать уровень звукового
давления до 100—ПО дБ) и хорошей переходной характеристике
Недостатки прослушивания через стереофонические головные
телефоны уже отмечались — это перемещение пространственной зву-
ковой картины при поворотах головы слушателя и эффект локали-
зации кажущихся источников звука внутри головы. Однако прослу-
шивание через головные телефоны дает, и ряд преимуществ К ним
стйосятся отсутствие влияния акустических свойств помещения и ме-
ста расположения слушателя на качество звучания, возможность
прослушивания программы при Достаточно высоком уровне громко-
сти (близком к уровню звучания в естественных услдвиях) без ме-
шающего воздействия на окружающих, а также исключение влияния
внешнего шума на качество звучания Последние две особенности
оказываются весьма полезными при использовании головных телефо-
нов совместно с переносными, квадрафоническими магнитофонами.
При воспроизведении записи в поезде или в автомобиле значительно
ослабляется действие внешнего шума, а прослушивание не вызывает
раздражения окружающих
На рис 77 показан отечественный квадрафонический головной
телефон ТДК-1 Он состоит из двух наушников, оголовья, шнура и
разъема СШ-5 для подключения к соответствующим гнездам квадра-
фонической воспроизводящей установки Каждый наушник состоит
из двух одинаковых динамических капсюлей, установленных в кор-
пусе из ударопрочного полистирола. Капсюли расположены симмет-
рично по отношению к вертикальной оси ушной раковины Каждый
капсюль включается в соответствующий канал квадрафонической си-
стемы воспроизведения Смешивание сигналов производится перед
входом д слуховой проход в левой или соответственно правой ушных
раковинах Для изоляции слушателя от окружающего шума на на-
ушники надеваются эластичные заглушки.
6—656
81
Конструкция головного телефона позволяет устанавливать его на
голове без излишнего прижима, чтобы при длительном прослушива-
нии не утомлять слушателя. Диаметр каждого наушника составляет
10 см. Общая масса устройства 780 г.
Квадрафонический телефон обеспечивает эффективное воспроиз-
ведение сигналов в диапазоне частот 40—20 000 Гц. Мощность те-
лефона 0,1 Вт.
Любительский квадрафонический усилитель
Примером четырехканального усилительного устройства, кото-
рое может быть самостоятельно выполнено радиолюбителями, явля-
ется квадрафонический усилитель, сконструированный И. Козловым.
сЭтот усилитель рассчитан на работу от тьюнера радиоприемни-
ка «Рига-103», от стереофонического электропроигрывающего уст-
ройства с пьезоэлектрическим звукоснимателем МСИЗ фирмы «Тес-
ла», от кассетного магнитофона «Вильма-302-стерео» или от четырех-
канального магнитофона.
В состав усилительного устройства входят стереодекодер, обес-
печивающий прием программ стереофонического радиовещания в УКВ
диапазоне, а также собственный радиоприемник с фиксированной на-
стройкой на шесть радиостанций в диапазоне длинных и средних
волн..
Диапазон рабочих частот усилителя 40—16 000 Гц. Усилитель
рассчитан на следующие входные напряжения: при работе от тьюне-
ра 10 мВ, при работе от звукоснимателя 200 мВ, при работе от двух-
канального магнитофона 250 мВ, при работе от четырехканального
82
магнитофона 100 мВ. При работе в режиме квадрафошш выходная
мощность каждого канала составляет 3 Вт.
Устройство может работать также в режиме псевдоквадрафонии.
В этом случае к передним громкоговорителям подводятся два исход-
ных стереосигнала, а к задним — разность этих сигналов, причем зад-
ние громкоговорители включаются в противофазе. Выходная мощ-
ность каждого заднего канала в режиме псевдоквадрафонии состав-
ляет 2 Вт.
Усилитель может работать от источника монофонического сиг-
нала. Для получения псевдостереофонического эффекта на один из
передних громкоговорителей моносигнал на высоких частотах (выше
3,5 или 7,5 кГц) подается в противофазе. Для имитации квадраэф-
фекта моносигнал может подаваться также на противофазно вклю-
ченные задние громкоговорители.
Схема построения усилителя приведена на рис. 78. Переключа-
телем Bi к усилительному устройству могут подключаться встроен-
ный радиоприемник или внешние источники сигналов: тьюнер (через
ZZ/i), стереофонический проигрыватель (через ZZ/2), стереофонический
магнитофон (через Ш3 и ZZ/4), квадрафонический магнитофон (через
Ш3). Индикация включения осуществляется соответственно лампоч-
ками Л1—Л4, Л 1з. Конденсаторы Ct—С5 и резисторы Ri—R3, R3e—
Д39 служат для выравнивания частотных характеристик усилителя
при работе от соответствующих источников.
Переключателем В2 источники сигналов подключаются непосред-
ственно ко входу стереомагнитофона (ЛД), а усилитель — к его ли-
нейному выходу (Ш3). Благодаря этому при переключении магнито-
фона с записи на воспроизведение можно прослушивать только что
записанную фонограмму, а также вести слуховой контроль во вре-
мя записи.
Подробно работа схемы усилительного устройства, его конструк-
ция и порядок настройки описаны в статье И. Козлова, опубликован-
ной в журнале «Радио», № 8, 1976 г.
Принципиальные электрические схемы блоков устройства приве-
дены на рис. 79, а—з: 1 — тьюнер; 2 — стереодекодер; 3, 5 — предва-
рительные усилители передних каналов; 4 —- предварительные усили-
тели задних каналов; 6 — фазовращатель; 7, 10 — оконечные усили-
тели передних каналов; 8, 9 — оконечные усилители задних каналов;
15 — блок питания. Усилитель 5 (рис. 79,в) отличается от усилителя
3 наличием стабилитрона и резистора Ri9.
Принципиальная схема оконечных усилителей передних каналов
(блоки 7, 10) изображена на рис. 79, е. Передние усилительные кана-
лы построены по схеме, аналогичной схеме электроакустического аг-
регата «ВЭФ». Схемы оконечных усилителей задних каналов (блоки
8 и 9) показаны на рис. 79, ж. Они аналогичны схеме усилителя
мощности магнитофона «Вильма».
Принципиальная схема блока предварительных усилителей зад-
них каналов 4 приведена на рис. 79, г Она состоит из двух идентич-
ных двухкаскадных усилителей, на выходе которых включен транс-
форматор Tpi. В этом блоке используется переходный трансформа-
тор от магнитофона «Комета-206», выполненный на магнитопроводе
Ш6Х12. Первичная обмотка содержит 200 витков провода
ПЭВ-1 0,09, а вторичная — 480X2 витков провода ПЭВ-1 0, 12.
Принципиальная схема блока 6 (рис. 79, д) представляет собой
частотный фазовращатель. Требуемая глубина псевдостереофониче-
ского эффекта (граничная частота фазовращения) устанавливается
5;
83

2
Же
J
£
'^W'
~20В-

\лю
3
2 '^2
11
2
Шд
сл
\2
Е
3

ВззЮк
1
2^2
12
16113
R^H 25к
2
3
1
Ш10
2^2
13
Hh.JL—
2£кЦ ^От I т<
К
100
R^22k
Ris 1,8к
-12В
и
7
3
6
6
5
1
Рис 78.
^58
2
10
1
Ш11 I^U. Грй
2^2
14
98
'6L Md
Рис 79
87
\ 10,0* 12В
!
МП 42А
1 !
д)
Рис. 79.
88
*)
Рис. 79.
89
торы уровня каждого канала и стрелочные приборы для контроля
выходного сигнала .в каждом канале. Предназначается электрофон
для воспроизведения стереофонических грампластинок, а также для
работы от внешних источников стереофонических программ с обес-
печением псевдоквадрафонического звучания. При подключении к
устройству квадрафонического магнитофона обеспечивается режим
квадрафонии.
Габариты электрофона 630X437X210 мм, каждой акустической
системы 310X250X500 мм. Масса комплекта 65 кг.
Рис. 80.
Квадрафонический магнитофон «Маяк-004» выполнен на базе
магнитофонной приставки высшего класса «Маяк-001-стерео». Это
катушечный трехмоторндй аппарат с двумя скоростями движения
ленты. При скорости 19,05 см/с коэффициент детонации не превы-
шает 0,08%, при скорости 9,53 см/с — 0,15%. Относительный уровень
помех в каналах записи-воспроизведения пе более соответственно
—58 дБ и —55 дБ. Верхняя граница рабочего диапазона частот со-
ставляет 16 000 Гц, коэффициент нелинейных искажений не бо-
лее 2%.
Магнитофону придается дистанционный пульт управления, рабо-
тающий на ультразвуковом (беспроводном) принципе. Дальность
действия — около 8 м.
Усилитель «Юпитер-квадро» (рис. 80) предназначен для высо-
кокачественного усиления музыкальных программ. Он имеет четыре
режима работы: «внешняя квадрафония», «внутренняя квадрафония»,
«стереофония» и «монофония». Основной режим работы — «внешняя
квадрафония», когда сигналы от четырех источников подаются на
вход каждого из четырех каналов усилителя. В режиме «внутренняя
квадрафония» сигналы от двухканального источника подаются на
входы первого и третьего каналов. Создание псевдокв а дра фоничес-
кого эффекта получается за счет специальных фазоинверспых усили-
телей, включаемых на вход второго и четвертого каналов.
Особенностью режима «стерео» является возможность создания
объединенных каналов с целью увеличения выходной мощности:
входы первого и второго каналов, а также третьего и четвертого
соединяются последовательно и сигналы первого и третьего каналов,
сдвинутые по фазе на 180°, поступают на выходные усилители вто-
рого и четвертого каналов.
92
Основные технические параметры усилителя «Юпитер-квадро»:
частотный диапазон 30—20 000 Гц; неравномерность частотной ха-
рактеристики ±1,5 дБ; коэффициент нелинейных искажений не бо-
лее 1 %; номинальное входное напряжение каждого из четырех кана-
лов 60±5 мВ; номинальная выходная мощность каждого канала на
нагрузке 8 Ом 15 Вт; максимальная выходная мощность каждого
канала на нагрузке 8 Ом 27 Вт; отношение сигнал/фон не менее
55 дБ; отношение сигнал/шум не менее 60 дБ; потребляемая мощ-
ность не более 290 Вт.
Габаритные размеры 360X501X147 мм, масса 15 кг.
Благодаря своим высоким качественным показателям усилитель
«Юпитер-квадро» может использоваться как в бытовой, так и в про-
фессиональной аппаратуре.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Бессон Р. Все о стереофонии. М.—Л.: Госэнергоиздат, 1963.
128 с.
2.	Хоег В., Штайнке Г. Основы стереофонии. М.: Связь, 1975.
88 с.
3.	Высоцкий М. 3. Системы кино и стереозвук. М.: Искусство,
1972. 336 с.
4.	Гаклин Д. И., Кононович Л. М., Корольков В? Г. Стереофони-
ческое радиовещание и звукозапись. М. — Л.: Госэнергоиздат, 1962.
128 с.
5.	Кононович Л. М. Стереофоническое радиовещание. — М.:
Связь, 1974. 264 с.
6.	Haustein В. G., Schirnier W. Messeinrichtung zur Untersuchung*
des Richtungslokalisationvermogens. — Hochfrequenztechnik und Elek-*
troakustik. 1970, 79, № 3, S. 96—101.
7.	Гаклин Д. И. Стереофоническая звукопередача. — В кн.: Сте-
реофония, под ред И. Е. Горона. М.: Связь, 1964. с. 3—44.
8	Скучик Е. Основы акустики. М.: Изд-во иностр, лит., 1959,
т. II 565 с.
9	Фурдуев В. В. Стереофония и многоканальные звуковые си-
стемы. М.: Энергия, 1973. 112 с.
10.	Тагер П. Г. Восстановление физической картины на оси син-
фазной стереофонической системы. *- Акустический журнал, 1963,
т. IX, вып. 1, с. 76—79.
11.	Bernfeld В. Simple equations for multichannel stereophionic
sound localization — J. Audio Eng. Soc., 1975, 23, № 7, p. 553—557.
12.	Горон И. E., Гученко В. П., Постникова О. А. Исследование
качественных показателей двухканальных стереофонических сис-
тем.— Вопросы радиоэлектроники, 1963, сер. VIII, вып. 1, с. 21—26.
13.	Кудрин И. Г. Устройства шумоподавления в звукозаписи. —
М/ Энергия, 1972. 88 с.
14	Henne W. Quatfrofonie. — Bull. SEV 64, 1973, 22, 27 Oktober.
S 1439—1450.
15. Жмурин П. M. Прием передач стереофонического радиове-
щания М • Связь, 1973. 93 с.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение....................................................3
Пространственное слушание...............................	6
Ощущение направления............................... 6
Ощущение расстояния............................... 10
Ощущение объемности............................... 11
Суммарная локализация............................. 13
Стереофоническое прослушивание.................... 19
Квадрафоническая звукопередача........................ 21
Простые способы микрофонного звукоприема .....	21
Комбинированные способы микрофонного звукоприема .	27
Пульт звукорежиссера.................................  30
Совместимость.................................t	.	31
Выбор громкоговорителей и их размещение в комнате про-
слушивания ........................................... 33
Квадрафоническая магнитная запись......................... 35
* Студийная техника..................................   35
Бытовая техника....................................... 38
Квадрафонические грампластинки............................ 41
Классификация квадрафонических способов грамзаписи .	41
Матричные способы записи и воспроизведения............ 41
Дискретный способ записи и воспроизведения............ 59
Универсальный дискретный способ звукопередачи ...	66
Квадрафоническое радиовещание............................. 69
Системы квадрафонического радиовещания...............  69
Квадрафонический радиоприемник........................ 73
Аппаратура четырехканального звуковоспроизведения ....	77
Специфические элементы аппаратуры квадрафонического
звуковоспроизведения ................................. 77
Любительский квадрафонический усилитель............... 82
Промышленные образцы аппаратуры....................... 90
Список литературы......................................... 94
95
Юрий Александрович Вознесенский
и Геннадий Кузьмич Клименко
КВАДРАФОНИЯ
Редактор М. В. Цукасов
Редактор издательства Т. В. Жукова
Обложка художника В. Ф. Горелова
Технический редактор М. Г. Юханова
Корректор И. А. Володяева
ИБ № 1589
Сдано в набор 02.08.78 Подписано к печати 03.10.78 Т-17485 Фор-
мат 84Х108(/зг Бумага типографская № 3 Гарн. шрифта литературная
Печать высокая УсЛ. печ л. 5,04 Уч.-изд, л. 6,39 Тираж 60000 экз.
Заказ 656 Цена 45 к.
Издательство «Энергия», 113114 Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10
Владимирская типография «Союзполиграфпрома» при Государственном
комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
600000, г. Владимир, Октябрьский проспект, д. 7
45 к.