Л. — Так как резонансные кривые фильтров только приближаются к идеальной прямоугольной форме, местный передатчик будет, очевидно, мешать приему. Чтобы в таких условиях принимать сигнал без помех, нужен приемник с большей избирательностью; его полоса пропускания должна быть меньше 9 кгц. Таким образом, частично в ущерб качеству передачи можно добиться разборчивого приема слабо слышимой станции.
Н. — Я предпочитаю совсем не принимать некоторые станции, если при этом высокая избирательность окажется причиной плохого качества воспроизведения
Л. — К счастью, можно совмещать свойства, казалось бы, несовместимые, делая избирательность переменной. При этом прием мощных близких станций, когда помехи отсутствуют, можно производить при пониженной избирательности. Наивысшее качество воспроизведения будет сочетаться с отсутствием помех.
Н. — Это поразительно! Но как же осуществляется переменная избирательность?
Л. — Сегодня, Незнайкин, ты задаешь детские вопросы Чтобы сделать ширину полосы пропускания фильтра переменной, надо сделать регулируемой связь между контурами. Так, в фильтрах с индуктивной связью меняют расстояние между катушками, а в фильтрах с общим сопротивлением связи применяют переменные конденсаторы или индуктивности. Правда, при этом принимаются некоторые меры предосторожности против возможной расстройки контуров, связанной с изменением величины связи.
Н. — Ну, мой собственный приемник обязательно будет с переменной избирательностью!
Беседа двадцатая
В этой беседе будут рассмотрены различные ограничения, возникающие в процессе модуляции звуковыми частотами. Модуляция ограничена как по частоте, так и по глубине. Любознайкину представляется случай еще раз показать, как следует побеждать препятствия. Это приведет его к изложению основ частотной модуляции.
Незнайкин. — Я очень удручен, Любознайкин.
Любознайкин. — Чем же, дружище?
Н. — В последней беседе ты показал, насколько ограничена полоса частот, воспроизводимых в радиовещании. Я считаю недопустимым калечить таким образом музыку. Не предпочтительнее ли уменьшить количество передатчиков, расширив соответственно боковые полосы?
Л. — Это, безусловно, было бы лучше, но тут необходимо международное соглашение или поиски других технических решений.
Н. — Я не могу понять, на что ты намекаешь.
Л. — Можно расширить область используемых несущих частот передатчика и вести передачи в метровом диапазоне волн, т. е. на волнах от одного до нескольких метров. Этот диапазон значительно свободнее, и в этом случае удается не искажать музыкальные произведения.
Н. — Должен сознаться, что я не вижу, почему в этом небольшом интервале в несколько метров можно чувствовать себя свободнее, чем в обширном диапазоне средних волн от 200 до 600 м, иными словами в интервале 400 м.
Л. — Вот, бедный Незнайкин, куда приводит печальная привычка характеризовать диапазоны длинами волн. Мне жалко тебя. А попробуй-ка сосчитать в герцах.
Н. — Нет ничего проще. Волне 200 м соответствует частота 1 500 000 гц, а волне 600 м — частота 500 000 гц. Таким образом, всему диапазону соответствует интервал 1 000 000 гц.
Л. — Примем для упрощения расчетов, что для каждого передатчика отведена полоса частот (или, как говорят, канал) 10 000 гц. Сколько всего передатчиков можно разместить в этом интервале?
Н. — Очень просто: если 1000 000 разделить на 10 000, получится 100. Таким образом, без взаимных помех в диапазоне средних волн можно разместить лишь 100 передатчиков. Общее же их количество намного превышает эту цифру!
Л. — Это так, потому что несколько передатчиков может работать одновременно на одной волне, если программа у них одинакова и несущие частоты точно синхронизированы. Программы могут различаться лишь в том случае, когда мощность передатчиков незначительна и они далеко отстоят один от другого. Все же в средневолновом диапазоне можно разместить лишь 100 каналов.
Н. — Это немного. Но разве в метровом диапазоне получается больше?
Л. — Проделай те же расчеты и вычисли, сколько каналов по 10 000 гц можно вместить, например, между волнами 4 и 4,5 м?
Н. — Что ты хочешь получить от этого жалкого интервала 0,5 м? Впрочем, поскольку в наше время приходится соревноваться с самим Эйнштейном, я проделаю эти вычисления. Волне 4 м соответствует частота 75 000 000 гц, а 4,5 м — частота 67 000 000 гц. Таким образом, интервал составляет 8 000 000 гц…
Возможно ли это! Там разместится 800 каналов по 10 000 гц?.. Я, должно быть, ошибся. Неужели эти 0,5 м настолько шире 400 м средневолнового диапазона?
Л. — Нет, дружище, в твои расчеты не вкрались ошибки. Вычисления показывают, что в метровом диапазоне имеется обширный участок частот, где можно разместить большое число передатчиков без ограничения боковых модуляционных полос.
Н. — Потрясающе! Над этим надо было бы, конечно, задуматься. Но в таком случае я надеюсь, что диапазон средних волн будет заброшен и все передатчики перекочуют в эту обширную великолепную область метровых волн, где они расцветут на свободе к вящему удовлетворению истинных ценителей музыки.
Л. — Какой лирический взлет!.. К великому сожалению, я должен, в который уже раз, обдать холодным душем столь пылкий энтузиазм. Ведь метровые волны, увы, обладают громадным недостатком. Дальность их распространения крайне незначительна.
Н. — Вот неудача! Нашлись, наконец, волны, не ограничивающие спектра звуковых частот. Почему же нужно, чтобы они плохо распространялись?
Л. — Потому что они расположены по диапазону ближе к световым колебаниям — также электромагнитным, но с еще более короткой длиной волны — и обладают почти такими же свойствами. Вместо того, чтобы отражаться от верхних ионизированных слоев атмосферы, возвращающих на землю, подобно зеркалу, более длинные волны, метровые волны проникают через них без какой-либо надежды на возвращение.
Н. — Но в таком случае их можно использовать для связи с обитателями других планет?
Л. — Конечно, при условии, что таковые существуют… Но и без столь далеко идущих целей удалось послать на Луну эти волны и они вернулись на Землю после отражения от ее поверхности.
Н. — И сколько времени заняло такое путешествие в оба конца?
Л. — Около двух с половиной секунд. Метровые волны отличаются строго прямолинейным характером распространения. В то время как более длинные волны охотно огибают земной шар, что позволяет им распространяться вдоль земной поверхности на большие расстояния, метровые волны, прямые, как световые лучи, не заходят за линию горизонта.
Н. — В конечном счете, если я правильно понял, нужно, чтобы была прямая видимость между передающей и приемной антеннами.
Л. — Вот именно. Поэтому антенны передатчиков, работающих в метровом диапазоне, стараются поднять как можно выше. Несмотря на это, дальность передачи не превышает сотни километров.
Н. — И, следовательно, для покрытия большой территории нужно много передатчиков.
Л. — Увы, да. В частности, это относится к телевидению, в котором тоже (как ты узнаешь позже) используется метровый диапазон волн.
Н. — Но, по-видимому, небольшая дальность действия передатчиков метрового диапазона не является неустранимым затруднением. Я надеюсь, что было выделено достаточно средств для постройки нужного количества передатчиков с целью воспроизведения качества звучания без каких-либо ограничений.
Л. — Этого недостаточно. В метровом диапазоне отпадает ограничение по полосе частот, но остается другое, присущее самому процессу той системы модуляции, которую мы до сих пор изучали. Это ограничение по динамическому диапазону.
Н. — А что это такое?
Л. — Так называется соотношение между наибольшим и наименьшим значениями громкости звучания. Фортиссимо большого симфонического оркестра может быть в 10 000 раз громче, чем пианиссимо скрипичного соло. При амплитудной модуляции невозможно передать такое отношение интенсивности.
Н. — Но почему же?
Л. — В направлении увеличения громкости невозможно увеличить значение несущей частоты больше чем в два раза (рис. 120).
Рис. 120.Пределы изменений амплитуды модулированного колебания ограничены по максимуму двойным значением несущей и по минимуму уровнем шумов.
Н. — Это понятно. Но если уменьшать значение несущей в требуемом отношении, то можно воспроизвести весь динамический диапазон?
Л. — Увы, дружище, и в этом направлении имеется ограничение, определяемое шумами. Речь идет о шумах, которые ты слышишь в отсутствие передачи (или в паузах) и которые обусловлены рядом причин.
Н. — Я полагаю, что атмосферные и промышленные помехи играют тут немалую роль.
Л. — Безусловно. Однако, помимо внешних причин, имеются и другие, свойственные самой передающей и приемной аппаратуре. Эти шумы возникают как вследствие нерегулярности электронной эмиссии, так и из-за тепловых флуктуации в сопротивлениях и колебательных контурах.
Н. — Это напоминает мне зернистость фотоэмульсии, ограничивающую возможность увеличения снимков.
Л. — Аналогия правильна.
Н. — Если я хорошо понял, то наименьшее значение модулированного тока не должно быть ниже уровня шумов, чтобы не утонуть в них.
Л. — Поздравляю тебя, ты правильно сформулировал. Поэтому приходится сжимать динамический диапазон, чтобы фортиссимо не выходило за пределы двойной амплитуды несущей, а пианиссимо не опускалось ниже уровня шумов.