Műsorhang áramkörök zajkérdései*

Műsorhang áramkörök zajkérdései*

MÁNYOKYZSOLT Magyar Posta — Helyközi Távbszélő Igazgatóság

Az átviteltechnika és természetesen ezen belül a m ű ­ sorhang átvitel egyik legsarkalatosabb problémája a zaj kérdése. M i n t ismeretes ennek oka az, hogy a vételi végpon­ ton nem k o r r i g á l h a t ó zavarok legjelentősebbike az átviteli ú t o n keletkező zaj. Tekintettel arra, hogy mind a rádiói mind a T V műsorszórásban ma m á r az egyik legfontosabb követelmény a lehető legjobb jel/zaj viszony elérése, ezért e kérdésre fokozott f i ­ gyelmet kell fordítanunk. 1. Zajok felosztása és értékelése A zajok e r e d e t ü k alapján lehetnek akusztikai, mechanikai és elektromos zajok. — az akusztikai zajok: teremzaj, mikrofon zaj stb. — a mechanikai zajok: rossz forrasztás okozta zaj, jelfogó zajok stb. — az elektromos zajok: a legnagyobb jelentősé­ gűek, és h a t á s ú k az alábbiak szerint csoporto­ síthatók. 1.1 Elektromos

zajok

E r e d e t ü k alapján m e g k ü l ö n b ö z t e t h e t ü n k : — terheléstől független vagy termikus, — terheléstől lineárisan függő vagy áthallási, — terheléstől nem lineárisan függő vagy torzítási és — külső eredetű elektromos zajokat.

tőmező hosszát is. A termikus zajok közül legjelen­ tősebb az ellenállás zaj, melynek oka az elemi részecs­ kék Brown-féle hőmozgása. Átlagteljesítménye: P =4kTAf z(R)

ahol: / c - 1 , 3 8 - 1 0 - (J/K°) — Boltzmann állandó, T—a hőmérséklet Kelvin fokban, Af^n vizsgált csatorna sávszélessége. 23

1.1.2 Terheléstől lineárisan függő zajok Ebbe az általános csoportba az áthallásból eredő zajok tartoznak. Mivel a zavart á r a m k ö r r e j u t ó jel-, i l l . zajszint lineárisan arányos a zavaró á r a m k ö r ö n megjelenő hasznos jel szintjével, így az i l y m ó d o n ke­ letkező zajok a terhelés a r á n y á b a n természetesen lineárisan változnak. Az áthallási zaj jellege szerint igen sokféle lehet és összefoglalóan az 1. ábra szem­ lélteti. Figyelembe véve az áthallási zaj tulajdonságait, a zajtelesítmény áramkörszakaszonként összegez­ h e t ő , azaz

Egyforma jellemzőkkel rendelkező szakaszok egyfor­ ma áthallási teljesítményt (zajt) eredményeznek, m i ­ nek következtében az á t h a l l o t t zajteljesítmény szint­ je P {E) z

= P + -.\nn l

m

[dB],

ahol: n=a szakaszok száma.

1.1.1 Terheléstől független zajok

1.1.3 A terheléstől nem lineárisan függő zajok

Terheléstől független, i l l . termikus zajoknak ne­ vezzük azokat a zajokat, melyek egy á r a m k ö r alkat­ részeiben a nukleonok mozgása következtében kelet­ keznek. Ebbe a fogalomkörbe tartozik az ellenállás-, a sörét-, a villódzási és a megoszlási zaj. Közös vo­ násuk, hogy az á r a m k ö r ö n akkor is jelen vannak, ha azon hasznos terhelés nincs, t o v á b b á , hogy a m p l i t ú d ó eloszlásuk független a hasznos jel szintjétől és frek­ venciájától. Igen lényeges szempont, hogy a termikus zajok szabják meg a maximálisan á t h i d a l h a t ó erősí-

a) Minden á r a m k ö r b e n igen nagy s z á m m a l szere­ pelnek nem lineáris karakterisztikájú elemek (elekt­ roncsövek, tranzisztorok, csévék stb.), melyek h a t á ­ sára új frekvenciák keletkeznek, és ezek m á s csator­ n á k b a n , i l l . á r a m k ö r ö k b e n zavart okozhatnak. E za­ v a r t a t á s o n kívül a torzítások a jelek h ű átvitelét is megakadályozhatják, amennyiben azok a saját csa­ t o r n á b a eső t e r m é k e k e t állítanak elő. Tekintettel arra, hogy a műsorhang átvitelnél, k i v á l t k é p p az utóbbi időben a H I - F I igényeket kielégítendő, egyre nagyobb jelentősége van a tiszta hangszínnek, így ez a kérdés k i v á l t k é p p kényes.

* Jelen cikk a szerző szakdolgozata alapján ké­ szült, mely a Híradástechnikai Tudományos Egyesü­ let 1979. évi pályázatán I I I . díjat nyert. Beérkezett: 1980. V I I . 4. 134

b)

Klirr-faktor.

A nonlineáris torzításoknál alapvetően a karakHíradástechnika

XXXII.

évfolyam 1981. 4. szám

jeinek különbségét dB-ben, vagy N-ben, vagyis az á r a m k ö r minőségére jellemző s z á m a d a t o t szolgáltat. S U) - = 10 1 g - ^ lltT' savu

|

beütés

rendszeres

érthető

. . . .. érthető H745-1

1. ábra. Az áthallásból eredő zajok felosztása terisztika görbültségével (C) számolunk. Ez azonban gyakorlati szempontból igén körülményes, éppen ezért egyszerűbb a torzítási tényező vagy a torzításcsillapí­ t á s figyelembevétele. A torzítási tényező, azaz a klirr-faktor: k = ami felbontva harmonikusokra: k 2~£T

K

i

TJ be -\ J

[dB]

es

C

1

C

1

es

1.1.4 Külső eredetű zajok

mértéke

A zajok megadására világszerte k é t módszer terjedt el.

^ * ]

b) Zajtényező A hálózat zaj termelésére jellemző szám, mely a ge­ nerátorból kivehető maximális teljesítmény és a négy­ pólus kimenetén levő teljesítény jel/zaj é r t é k é t mu­ tatja. A zajmentes hálózat zajtényezője 1. A zajté­ nyező logaritmusa megadja a jel-zaj viszony növe­ kedését. c) E r e d ő zajtényező T ö b b , láncba kapcsolt négypólus esetén megadja a zajos hálózat együttes zaj növelő h a t á s á t .

Megadja az á r a m k ö r végén m é r t valódi értéket. K ü l ö n egységei a p W , mV, dB és az N . 1.2.2 Jel/zaj viszony Az átviteli rendszereken elterjedt jellemző, mely sokkal helyesebb k é p e t ad az á r a m k ö r állapotáról, m i n t a mérőszám. E g y é r t e l m ű e n azt mutatja meg, hogy az adott ponton m é r t hasznos jel szintje meny­ nyivel t é r el az o t t jelenlevő zajszinttől. Mivel a zaj­ feszültség is függ a meghatározás módjától (pszöfometrikus, szélessávú, alkalmazott szűrő stb.), ezért minen jel/zaj viszony értékhez meg kell adni a meg­ h a t á r o z á s módszerét. a) Logaritmikus jel-zaj viszony Megadja az á r a m k ö r valamely p o n t j á n a hasznos és a zavaró jel rövid idejű, átlagteljesítmény szint­ évfolyam 1981. 4. szám

kap­

Mind az akusztikai, mind pedig a mechanikai zajok m e g a d h a t ó k az elektromos zajokkal analóg m ó d o n . Méréssel minden esetben m e g h a t á r o z h a t ó a kimeneti zajmérték. A különös jelentőségű akusztikai zajok­ nál, m i n t amilyenek a m ű s o r h a n g átvitel során is fel­ lépnek, a kimeneti zaj m é r t é k é t phon-ban adják meg. A zajok akusztikai jellemzői közül a fültől független az a dB érték, amely megadja a hallásküszöbtől való távolságot. Ennek k a p c s o l a t á t az elektromos jellem­ zővel vagyis a pszofometrikus zaj feszültséggel a 2. ábra mutatja.

l i l i l i I m i n In l-l li l i l r l m i n i i l l iiiimiiiiiiiiiiiiíimiimliiimi H745-2

2. ábra. A zajnak a hallásküszöbtől való távolsága d B ben 1.4 Súlyozott és súlyozatlan

1.2.1 A zaj mérőszáma

XXXII.

"í/f

A m ű s o r h a n g á r a m k ö r ö k n é l ez k i v á l t k é p p fontos jel­ lemző, tekintettel a dinamika szélességére.

F o r r á s u k igen sokféle lehet és t ú l n y o m ó részt m i n i ­ mális értéken t a r t h a t ó k , de teljes m é r t é k b e n nem küszöbölhetők k i . Lényegében a terheléstől függet­ len zajok csoportjába tartoznak. Előidézői lehetnek — a t á p á r a m szűretlensége, — vivőkiszivárgás, — elektromágneses zavarok stb.

Híradástechnika

JY=2

1.3 A zajok elektromos és akusztikai mértékének csolata

Szokásos megadni még a torzításcsillapítás é r t é k é t is:

1.2 A zajok

vagy

zajok

A m ű s o r h a n g átvitelnél éppúgy, mint a távbeszélő rendszereken gyakran előfordul, hogy a zajok csak.a frekenciasáv bizonyos részében okoznak zavart. Ezek meghatározásához a mérőműszer elé megfelelő szűrőt kell beiktatni, mely csak a zavaró h a t á s n a k k i t e t t sá­ vot engedi á t , illetve a frekvencia függvényében súlyozza a zajt. 1.4.1 Súlyozatlan zajfeszülség Az átviteli rendszerben megjelenő valamennyi nem k í v á n a t o s zavar effektív feszültsége. Nagysága a vizsgált sávszélességtől függ. A m é r t zajt á k í v á n t frekvencia sávra az alábbi összefüggés segítségével számíthatjuk át Pz=Pt

135

vagy

600Ű

P Í = P - 1 0 lg á t Af Z

[dB]

12,88mH

33,D6nF

26.49mH

85nF=j= 26,82nF 4=9,21nF4=

31 47nF=

ahol: p — az eredeti Af sávszélességű, p' — az á t s z á m í t a n d ó Af sávszélességű csator­ na zajszintje. z

1.4.2 Súlyozott zajfeszültség

z600Q

z

H745-3

3. ábra. Elektromos négypólus a súlyozógörbe megha­ tározásához

M i n t azt k o r á b b a n e m l í t e t t ü k , a m ű s o r h a n g á r a m ­ körökön fellépő zajok n a g y m é r t é k b e n befolyásolják a k i s u g á r z o t t műsor élvezhetőségét. É p p e n ezért fo­ kozott figyelmet kell fordítani erre a kérdésre, kivált­ k é p p az emberi fül érzékenységének frekvencia­ függő súlyozásra. A pszofometrikusan súlyozott zaj­ feszültség alkalmas a nem k í v á n a t o s zavaró feszült­ ségnek az átlagos emberi fül érzékenysége szerinti vizsgálatára. A m ű s o r h a n g á r a m k ö r bármely k é t pont­ ja k ö z ö t t i U pszofometrikus zaj feszültséget az a l á b ­ bi kifejezés h a t á r o z z a meg: ps

1 u =--VZ(p u y vs

f

-60

f

ahol: Uj — a zavaró feszültség „f" frekvenciájú összetevőjének effektív értéke, Pj — az „f" frekvenciához, p — a hivatkozási frekvenciához (1000 H z ) t a r t o z ó súlytényező.

4. ábra. A CCIR 468 — 1 ajánlás súlyozógörbéje

s

Megjegyzendő, hogy a pszofometrikus forrásfe­ szültség (elektromotoros erő), melyet a 2. á b r a is szemléltet, kétszerese a 600 ohm-on m é r t zajfeszült­ ségnek. 1.4.3. Ajánlott pszofometrikus súlyozó görbe (CCITT J 16) A m ű s o r h a n g á r a m k ö r ö k ö n fellépő zajokat k i ­ v á l t k é p p célszerű súlyozott zaj formájában vizsgál­ ni, mert így a vizsgálat eredményei közvetlen viszony­ ba hozhatók az embéri fülre gyakorolt akusztikai hatással. Annak érdekében, hogy összehasonlítható eredmé­ nyek adódjanak, a m ű s o r h a n g á r a m k ö r ö k zajmérésé­ hez olyan mérőkészüléket kell alkalmazni, amely megfelel a CCIR 468 — 1 ajánlásban lefektetett karak­ terisztikának ( k o r á b b a n a CCITT P 53. ajánlásának). a) Súlyozott zaj mérése (CCIR 468 — 1) A súlyozó hálózat névleges válaszfüggvényét a 3. ábrán megadott elektromos analóg négypólüs válasz­ függvényével definiáljuk. A függvény különböző frekvenciáihoz t a r t o z ó értékeit a 4. ábra t ü n t e t i fel. Megjegyzendő, hogy felesleges a 10 vagy 6,4 k H z es m ű s o r h a n g á r a m k ö r ö k h ö z m á s súlyozó görbét al­ kalmazni, sőt feltehető, hogy a t á r g y a l t görbe keske­ nyebb sávú á r a m k ö r ö k esetén is használható. b) Súlyozatlan zaj mérése Szemben a k o r á b b i gyakorlattal, amikor is a széles­ sávú zaj mérését és értékelését gyakorlatilag frekven­ ciafüggetlennek t e k i n t e t t ü k , a CCITT ajánlása sze­ r i n t , az alkalmazott szűrőtől függetlenül, a súlyozat­ lan zaj mérését is a frekvencia függvényében kell vizsgálni, azaz a h a t á r é r t é k e k az 5. ábra szerinti diag­ ram alapján értékelendők. 136

[dBu] 0,5. / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / , ±0 -0,5 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 77777777

-t-+-

0,03150,05

min.18dB/oktav

(log) 0.£

12,5

.16 [ k H z ] H745-5

5. ábra. Szélessávú megengedett zajszint-változás a frekvencia függvényében 1.5 Zajok kérdése műsorhang

áramkörökön

A m i n t az a fent elmondottakból is következik, a za­ jok egyértelműen megszabják mind az á t h i d a l h a t ó t á ­ volságot, mind pedig az átvitel minőségét. Ez utóbbi műsorszórásban és annak átvitelében kiemelkedő fontosságú. A m ű s o r h a n g á r a m k ö r ö k zaj problémáit a nulla re­ latív szintű pontra vonatkoztatott, pszofometrikusan súlyozott zaj formájában vizsgáljuk [dBmOps]. Példaképpen vizsgáljuk meg a „ Q " t í p u s ú á r a m ­ körön fellépő zajok összességét. A CCITT a 2500 k m hosszúságú referencia á r a m ­ körre — 51 dBmOps zajszintet enged meg (mivel Magyarországon t ú l n y o m ó többségében m é g a régi súlyozógörbét t a r t a l m a z ó mérőműszereket haszná­ lunk, így p é l d á n k a t is ennek figyelembevételével állítottuk össze). T e k i n t s ü n k egy vivőfrekvenciás rendszeren üze­ melő m ű s o r h a n g átviteli vagy ú n . „ z e n e v i v ő " berenrendezés felhasználásával létesített m ű s o r h a n g á r a m ­ k ö r t . Ez esetben a zajteljesítményt lényegében maga a vivőfrekvenciás rendszer fogja megszabni. Vizsgál­ j u k meg, hogy a nevezett á r a m k ö r ö n (2500 k m hossz­ ra vonatkoztatva!) mekkora zaj keletkezik. Híradástechnika

XXXII.

évfolyam 1981. 4. szám

A megengedett zajteljesítmény egy távbeszélő c s a t o r n á b a n :

b..

10 000 pWOp

A csatornamodem berendezések átlagos zaja (3 • 300 p W ) :

- 9 0 0 pWOp

í g y a h á r o m , sorbakapcsolt csoportszakaszon megengedhető zajteljesítmény: vagy

9100 pWOp - 5 0 , 4 dBmOp

A távbeszélő pszofométer összegezett csillapítása:

+

Csoport á r a m k ö r súlyozatlan zaja egy távbeszélő c s a t o r n á n :

- 4 7 , 9 dBmO

H745-6[

2,5 dB

A m ű s o r h a n g csatorna nagyobb sávszélessége m i a t t többletzai (3,1-14,97 k H z ) :

+ 6,8 dB

A csoport á r a m k ö r súlyozatlan zaja 15 k H z sávszélességre:

- 4 1 , 1 dBmO

6. ábra. A preemfázis h a t á s a az adó (a) és a vétel (b) oldalra A preemfázis h a t á s a az adóoldalra a 6a á b r á n l á t h a t ó . Az á r a m k ö r vételoldalán a jelszint preemfázis nél­ kül: PVOÍO>) PAO~ =

ahol: p ( ) — a frekvenciafüggő vételszint, a — a vonalszakasz csillapítása.

+ 3,7 dB

A 15 kHz-es m ű s o r h a n g á r a m k ö r b e n fellépő zajszint:

v

Ha egy bizonyos ponton p zajszintet tételezünk fel, akkor ezen a ponton a jel/zaj távolság (Q ): 2

- 3 7 , 4 dBmOps

Megállapítható t e h á t , hogy egy vivőfrekvenciás rendszeren t e l e p í t e t t m ű s o r h a n g á r a m k ö r zajszintje 13,6 dB-lel magasabb, m i n t a CCITT által ajánlott érték. A jel/zaj viszony j a v í t á s á r a t e h á t szükség van, amit pre-, deemfázis és kompander alkalmazásával é r h e t ü n k csak el.

0

Qo=PAo-a -Pzv

Preemfázis alkalmazása esetén a vételoldali szint PV(OI) PAO

2. Preemfázis alkalmazásának

A vivőfrekvenciás csoportösszeköttetések vonalsza­ kaszainak zaj spektruma á l t a l á b a n egyenletes elosz­ lású, ami azt jelenti, hogy a zaj a frekvenciasáv m i n ­ den részét egyformán zavarja. Ezzel szemben a m ű ­ sorjelek eloszlása nem egyenletes, mert az átlagtel­ jesítmény-sűrűség és ennek megfelelően a szint is, a nagyobb frekvenciák felé egyre csökken. Számításba kell venni t o v á b b á azt is, hogy a vevőrész, mely lé­ nyegében a rádióvevő készülékből és az emberi fül­ ből áll, a zaj szempontjából is erősen frekvencia­ függő viselkedést mutat. E h á r o m tényezőt, valamint az 1.5.1 pontban k ö ­ zölt p é l d á t tekintve a vivőfrekvenciás rendszereken a preemfázis alkalmazása célszerű, sőt szükséges. Lényege abban áll, hogy a m ű s o r h a n g spektru­ m á t (sávját) a frekvencia függvényében n ö v e k v ő szinttel j u t t a t j a k i a vonalra. Ezt a ferdeséget a preem­ fázis áramkörrel hozzuk létre úgy, hogy az alacsony frekvenciák szintjét egy p referenciaszinthez képest, beiktatott t ö b b l e t csillapítással lenyomjuk {a ^, majd az eközben leromlott jel/zaj távolság feljavítá­ sa érdekében S erősítést alkalmazunk. Az i l y m ó d o n k i a l a k í t o t t a d á s i r á n y ú kimenőszint a frekvencia függvényében: A0

pr

a

XXX11.

évfolyam 1981. á. szám

a

P

S— v PA(a>)~ v a

=

•

a

és így a jel/zaj t á v o l s á g : vPl — pr(m) +S

a

= QQ —

a

a ,( + S. p

m)

Mivel a frekvenciásasáv felső t a r t o m á n y á b a n nem alkalmaztunk többletcsillapítást, így "a =0, minek k ö v e t k e z t é b e n a jel/zaj távolság a preemfázis alkal­ m a z á s a előtti esethez k é p e s t é p p e n S értékkel ( k b . 6—7 dB-lel) fog növekedni, vagyis pr

előnye

PA(
— r(á>)+

=

Qpr =PA0—

Híradástechnika

v

V0 a

A pszofométer összegezett erősítése:

2.1 Preemfázis

a

Vr = P

Q +S. 0

Ez a nyereség csak egy bizonyos co frekvenciáig k ö v e t k e z h e t be, ahol is a ^ ^ S . A preemfázis vétel­ oldalra gyakorolt h a t á s á t szemlélteti a 6£> ábra. x

2.2 A kívánatos

preemfázis

diagram (CCITT

J.

17.)

A z t a t ö b b l e t b e i k t a t á s i csillapítást, melyet még célszerű alkalmazni az alacsony frekvenciák elnyomá­ sára, a CCITT J. 14 ajánlása szerinti preemfázis csil­ lapítás-karakterisztika adja meg, és az alábbi össze­ függésnek kell, hogy megfeleljen: ( co Y 1 + 3ŐÖ

[ d B

].

A vételoldalon értelemszerűen olyan á r a m k ö r t kell alkalmaznunk, melynek karakterisztikája komplemens a preemfázis k a r a k t e r i s z t i k á j á v a l és ezáltal visszanyerhetjük az eredeti sávot. Ez az egység a deemfázis á r a m k ö r . 137

1.

táblázat

t (kHz)

a (dB)

0

18,75

0,05

"

2.

táblázat

A kompresszor jelszintje (dBmO) bemeneten

18,70

—

kimeneten

+ 17,0x

0,2

18,06

-40

+ 16,9

0,4

16,48

-35

+ 16,5

0,8

13,1

;

dalható á t . Nagyobb távolságra t ö r t é n ő felhaszná­ láskor m á r kompander alkalmazása is szükségessé válik.

3. A kompander A zajcsökkentő eljárások másik fontos eszköze az adó oldalon elhelyezett kompresszor és a vétel olda­ lon vele szemben beiktatott expander. Mivel a m ű ­ sorhang dinamikája a k á r 80 dB-es t a r t o m á n y t is á t ­ foghat, így igen lényeges szempont, hogy a kisszintű jeleket, i l l . a m ű s o r b a n előforduló szüneteket é p p olyan zajszinttel juttassuk el a vételoldalra, m i n t a magasabb szintűeket. Ezen megfontolások alapján alkalmazzuk a szintfüggő erősítőket.

-30

+ 15,6

2

6,98

-25

+ 13,2

4

3,1

-20

+

6,4

1,49

-15

+

6,0x

8

1,01

-10

+

2,7

10

0,68

-5

+

0,2

0

-4,5

± 0,0

±0,0

-

1,3

3.1 A

+ 3

-

2,0x

+ 5

-

2,3

+ 10

-

2,9

+ 15

-

3,2

+ 20

-

3,5 .

Működési elve az, hogy a hasznos j e l szintjét a zaj­ hoz képest felemeli, de nem állandó erősítés bevitele ú t j á n — az erősítőket túlvezérelnénk —, hanem olyan, a dinamika függvényében változó erősítést alkal­ maz, mely a j e l szintjével fordítva a r á n y o s . Az erő­ sítendő j e l meghatározásához olyan referencia szin­ tet választunk, melyet a kompander v á l t o z a t l a n u l enged á t . H a az átvivendő jel szintje ezen é r t é k alatt van, akkor a kompresszor a bemeneti j e l szint­ jével arányos erősítést, ha e fölött, akkor csillapítást i k t a t be, lényegében t e h á t a d i n a m i k á t v á l t o z t a t j a (7. ábra).

9,7

A fenti összefüggésből s z á m í t o t t görbének az 1. t á b l á z a t b a n megadott pontokon kell á t h a l a d n i a . Előírás t o v á b b á , hogy ha a 800 Hz-en m é r t szint megegyezik az elméletileg előírt értékkel, akkor a m é r t pre-, és deemfázis görbe ± 0 , 2 5 dB-nél jobban nem t é r h e t el az elméleti görbétől. Megjegyzendő, hogy ez a formula csak a preemfázis beiktatási csillapítására ad felvilágosítást, de az erősítő u t á n i szint a berendezések típusától függően m á s és m á s lehet. Hogy valami t á m p o n t o t mégis kaphassunk, a CCITT J. 3 1 . ajánlása a Siemens típusú 15 kHz-es m ű s o r h a n g közvetitő berendezés preemfázis á r a m ­ k ö r é t ajánlja és az alábbi előírásokat fogalmazza meg: — pre-, i l l . deemfázis á r a m k ö r t a kompresszor előtt, i l l . az expander u t á n , — a J. 17. ajánlásnak megfelelően kell alkalmazn i , ú g y , hogy — a preemfázis 800 Hz-en m é r t csillapítása a név­ leges bemeneti szinthez viszonyítva 6,5 dB legyen. 2.3 Az áthidalható

távolság

Vivőfrekvenciás rendszeren zajcsökkentő megoldá­ sok nélkül, amint azt az 1.5.1 pontban ismertetett példa is mutatja, nem lehetne üzemeltetni m ű s o r h a n g á r a m k ö r t , mert egy csoportszakasz végberendezés zaja, ami egyszeri hangfrekvenciás lebontásnak felel meg, m á r eleve nagyobb, m i n t m a g á r a a m ű s o r h a n g á r a m k ö r r e megengedett zajteljesítmény. (Hangfrek­ venciás á r a m k ö r ö k esetében a preemfázis alkalma­ zása természetesen nem szükséges.) A pre- és deem­ fázis egységek b e i k t a t á s á v a l k b . 6 dB nyereséget érünk el, mellyel m á r mintegy 340 k m távolság h i ­ 138

kompresszor

7. ábra. A kompander működési elve 3.2 Az expander A kompresszorral szemben a vételoldali v é g p o n t o n az eredeti d i n a m i k á t vissza kell állítanunk. Az expan­ der feladata, hogy helyreállítsa az eredeti jelsorozat d i n a m i k á j á t és e z ú t t a l megnövelje a jel-zaj távolsá­ got is. Az egység a feladatot úgy oldja meg, hogy a be­ menetre érkező jeleket a referencia szinthez k é p e s t csillapítja. A beiktatott csillapítás a n n á l nagyobb, minél kisebb a beérkező jel nívója. Tekintettel arra, hogy a beérkező jelsorozatban á l t a l á b a n a zajszint a legalacsonyabb, így természetesen legjobban a zaj csillapodik. Abban az esetben viszont, ha a bejövő szint ma­ gasabb a referencia szintnél, az expander erősítést al­ kalmaz, méghozzá olyan m é r t é k b e n , ahogy a bejövő jel szintje n ő . Híradástechnika

XXXII.

évfolyam 1981. 4. szám

3.3 Kompanderrel elérhető

zajnyereség

A kompresszor, i l l . az expander legfontosabb jellem­ zője az ú n . kompressziós, i l l . expanziós tényező, ami kompresszor esetén: T3

J i/, =

Pr-Pi

1

= — ,

Pr-Pi

<*

expander esetén:

Pr-Pt

-40

A képletekből és a 8. ábrából is kitűnik, hogy a je­ lek torzításmentes, alakhű átvitelének feltétele: Pi=p ,

i l l . a = /3, minek k ö v e t k e z m é n y e k é n t

s

RR k

= l.

e

Kompresszor nélkül a vonalon m é r t szint azonos a bemenő szinttel (R = l), kompresszor alkalmazása esetén viszont annak i? -szorosa. k

/(

E b b ő l a megfontolásból eredően a jel/zaj viszony j a v í t ó h a t á s a : f =8,686(1

-R )

k

[dB],

k

ha

p

kompresszor

l m a x

-30

h

e

k

a

[dB],

P

Plmax-0

[dB].

A kompandor b e i k t a t á s a t e h á t eredőben /

í c

= 8,686(/? -l)p e

zaí

[dB],

ha

p

l m a x

= 0 [dB]

és á l t a l á b a n /, =8,686(i? -l)( e

e

P z a j

- ) [dB] P l

zajnyereséget okoz, ami a gyakorlatban 15—17 d B nek felel meg. 3.4 A kompressziós

10

jelleggörbe

Ha a fenti összefüggéseket grafikusan is ábrázoljuk (8a és 8b ábrák), akkor megkapjuk az ú n . kompreszsziós jelleggörbét.

9. ábra. A C C I T T által ajánlott terisztika

kompresszor-karak­

A CCITT J. 3 1 . ajánlása értelmében a kompresszor erősítésének a bemenő szinttől való függését, mely a 22 dB-t is elérheti, a 9. ábra és a 2. táblázat szemlél­ teti. Az expander erősítése (csillapítása) a kompresszor­ ral komplemens. A megengedett tűrés + 0 , 5 d B , k i ­ véve a *-gal jelzett pontokat, ahol maximum ± 0 , 1 dB lehet. alkalmazása

A kompandereket k é t zajforrás ellen h a s z n á l j u k : — a vonalról érkező zajok ellen, melyek esetében a modulációs rendszer nem n y ú j t elegendő v é ­ delmet (elsősorban AM-rendszereken) — a modulációs rendszer saját zajai ellen, amikor • a kompander a modem egység e g y b e é p í t e t t része. (Ezt a megoldást á l t a l á b a n k v a n t á l t átviteli rend­ szereken, p l . PCM-nél használják) A kompandereket ajánlatos a vivőfrekvenciás sáv­ ban dolgoztatni (ellentétben az A V 2/3 t í p u s ú műsor­ hang közvetítő berendezéssel, ahol a nevezett egység hangfrekvenciás), mivel a H F s á v b a n a kompander működési ideje ( m e g t á m a d á s i és visszanyerési idő) összemérhető az alacsony frekvenciás műsorjelekkel (50 Hz) és így a kompander nem a burkológörbe sze­ r i n t i szintváltozásokra m ű k ö d i k , ami a műsorjel tor­ zulását okozhatja. <í. Az érhető áthallás kérdése műsorhang áramkörökön (CCITT J . 1J5) 4.1 Az áthallás elvi oka, áthallási

[dB]

8. ábra. A kompresszor (a) és az expander (b) kimenő­ szintjének változása a bemenőszint függvényében Híradástechnika

XXXII.

20 Bemenqszint

= 0 dB.

Az expander h a t á s á r a létrejövő zaj nyereség: e

-10 -4,5 0

H745-9

3.5 A kompander

f =8m(l-R )^R ^f- ^

-20-18,5

évfolyam 1981. 4. szám

védettség

Az egymáshoz elég közel levő vezetékeken, vagy v i ­ vőfrekvenciás összeköttetések csatornáiban az á r a m ­ k ö r saját jelei mellett megjelennek m á s á r a m k ö r ö k , i l l . c s a t o r n á k jelei is. Ezek a vizsgált á r a m k ö r szem­ pontjából zavaró jeleknek s z á m í t a n a k és szintjük a zavaró á r a m k ö r ö k ö n á t v i t t hasznos jel szintjével lineárisan v á l t o z n a k . Az áthallás m é r t é k e k é n t k é t fogalmat definiálha­ tunk. Vizsgálhatjuk e g y e n k é n t a k é t á r a m k ö r k ö z ö t t i áthallás erősségének m é r t é k é t , azaz a z a v a r ó és az á t ­ hallott szintek különbségét, ami az áthallási csillapí­ tás -Páthallott

t

d B

>

N

J

139

10. ábra. Az áthallási védettség fogalma vagy pedig a zavart á r a m k ö r b e n az áthallásból eredő és az ott megengedett hasznos jel szintjének k ü l ö n b ­ ségét (ha m i n d k é t á r a m k ö r beadó szintje azonos), ami az áthallási védettséget jelenti A =phasznos

—

Páthallott

[dB, N ]

és a 10. ábra szemlélteti, ahol: p

— a zavart, i l l . a zavaró á r a m k ö r be­ menetére adott hasznos jel szintje p — a zavart á r a m k ö r végén mérhető hasznos szint A — áthallási védettség a k é t á r a m k ö r között a = a„ — az á r a m k ö r ö k csillapítása p — az á t h a l l o t t zavaró jel szintje a zavart á r a m k ö r végén. 01

=p

2

á t

A z áthallási védettség figyelembe veszi a tényleges üzemi viszonyokat és mintegy jel-zaj távolságként fogható fel, ezért alkalmasabb a vizsgálat céljára, m i n t az áthallási csillapítás. É p p e n ez okból a CCITT is az áthallási védettséget ajánlja, mint vizsgálandó jellemzőt. Maga az áthallás az átviteli ú t o n keletkezik éspe­ dig: — a frekvencia á t t e v ő berendezések minden szint­ jén (a H F berendezésekben éppúgy, mint a ma­ gasabb csatornaszámú rendszerekben) — csoport, főcsoport stb. átkapcsoló berendezé­ sekben (szűrőkarakterisztikák) — az átviteli rendszer minden pontján, mind a vo­ nalon, mind az állomás egyéb berendezéseiben. Ezekben a berendezésekben különböző áthallási források, azaz k a p a c i t í v i n d u k t í v és egyéb csatolá­ sok, t o v á b b á az intermoduláció, beleértve a fix frek­ venciájú jelekből, p l . pilotból származó z a v a r t a t á s t is, fejtik k i h a t á s u k a t . E rövid áttekintésből is következik, hogy az át­ hallások igen sok szempont szerint csoportosíthatók,

140

— hangfrekvenciás áramkörök esetében a kellő­ k é p p e n k i nem egyenlített kábelek és légveze­ tékek, illetve árnyékolatlan é r p á r a k felhaszná­ lása; — vivőfrekvenciás szempontból a zavart á r a m ­ k ö r modulációs rendszere; — kétoldalsávos rendszer a l k a l m a z á s a , mely 3 dB-es romlást eredményezhet; — az azonos frekvenciafekvés.

0 2

h

vl

de az átviteli ú t végén végeredményben mindig zaj­ k é n t jelentkeznek. A zajok h a t á s á t az egyes műsor­ hang áramkörökre az 1. pontban r ö v i d e n á t t e k i n t e t ­ t ü k ugyan, de nem szabad figyelmen k í v ü l hagyni az áthallás legzavaróbb fajtáját, az é r t h e t ő áthallá­ sokat. Ez azért fontos, mert a m ű s o r h a n g á r a m k ö r ö k egyrészt sokkal érzékenyebbek az ilyen t í p u s ú za­ v a r t a t á s o k r a , mésrészt azért, mert egyes esetekben a zajteljesítmény ugyan a megengedett é r t é k alatt van, de a jelenlevő érthető áthallás ennek ellenére komoly zavart okozhat. É r t h e t ő áthallás létrejöttét az alábi t é n y e z ő k idéz­ hetik elő:

4.2 Visszafordulásból hallás

eredő (oda-vissza

irányú)

át­

Ez a fajta áthallás, mely az e g y i r á n y b a n üzemelő, de k é t átviteli iránnyal rendelkező m ű s o r h a n g á r a m ­ körök esetében léphet fel, elsősorban távolvégi á t ­ hallást okozhat. A CCITT szerint k é t , egyazon cso­ port ellentétes i r á n y a i t felhasználó m ű s o r h a n g á r a m ­ k ö r maximális hossza ebben az esetben 560 k m . Az ilyen jellegű áthallást feltételezhetően a különböző frekvencia á t t e v ő berendezések okozzák. 4.3 Az érthető áthallás csökkentésének

módszerei

— Hangfrekvenciás á r a m k ö r esetében kiváló ered­ m é n y t é r h e t ü n k el árnyékolt é r p á r a k felhasz­ nálásával és a kábelek, légvezetékek gondos k i ­ egyenlítésével. — Vivőfrekvenciás rendszereken az á t h a l l á s csök­ kentésének módszerei a frekvenciasáv gondos megválasztása ( p l . SG/2 pozíció), pre-/deemfázis és kompander alkalmazása, valamint a m ű s o r h a n g és távbeszélő á r a m k ö r ö k sávjainak megfordítása egymáshoz képest. Az elmondottakból kitűnik, hogy megannyi ered­ ményes műszaki megoldás mellett is a zaj még min­ dig komoly feladatok elé állítja a h í r a d á s t e c h n i k a szakembereit, ezen belül is elsősorban azokat, akik az átvitel technikával foglalkoznak, b á r az ismertetett védekezési módszerek felhasználásával ma m á r v i ­ szonylag közel j u t o t t u n k a probléma gyakorlati meg­ oldásához.

Híradástechnika

XXXII.

évfolyam 1981. 4. szám