01第一章广电系统概述.docx
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01第一章广电系统概述
第一章广播电视系统概述
广播是一种传递声音信息的大众传播媒介，而电视是一种以传递声音和图像信息为主的大众传播媒介，为了能够良好地完成传播声音和图像，必须借助于一个庞大的广播系统和电视系统来完成。
第一节什么是广播电视系统
听声音和看图像是人们接受外界信息两种最重要的手段，但是声音和图像都有一个共同的特点：
很容易受到空间的限制，无法传递得很远，也无法克服时间的约束，呈现“稍纵即逝、不可逆转”的特点．我们不可能听到很远的声音，看清很远处的图像：
更不可能听到、看到已经逝去的声音和图像。
而听到远处的、过去的声音；看到远处的、过去的图像恰恰是大众传播的任务。
因此，需要研究一种方法，使声音和图像的传递能够克服时空局限。
1839年8月15日，照片的出现使人们第一次能够实现影像酌记录和保存，使之克服了时间的限制。
进入二十世纪以后，伴随着电子技术的进步，人们发现，把声音和图像转化为电信号，很容易进行各种处理。
例如：
．人们至今没有找到一种有效的直接扩大声音的方法，而把声音转化成电信号后，要进行电信号的放大却是有很多方法，而且非常简单。
因此，一大批存储和传输声音、图像的器材相继被发明。
如：
传声器、录音机、摄像机、录像机等，最终出现了对现代生活有重大影响的广播和电视系统。
广播电视系统是建立在原始声（像）场和重放声（像）场之间的许多广播电视器材的总称，它们之间互相配合，目的在于良好地传递广播电视信息。
第二节广播系统
在这一节中，通过三个例子，来看着声音信息是如何克服了空间、时间的局限，良好地传递给听众。
1、空间局限的克服
在一个万人大会的现场，无论发言人的声音多么洪亮，远处的听众是没法听清他的讲话，这反映出声音受到了空间的局限，这时一个扩音系统是必不可少的。
下面用方框图的形式，介绍扩音系统的构成：
图1扩音系统的构成
在这一过程中，声信号首先被传声器转化成电信号，经扩音机将电信号放大后，再由扬声器把放大后的电信号转化成声信号，此时，重放声场的声音比原声场的声音大得多。
2、时间局限的克服
一场精采的音乐演奏会，错过了演奏的时间，完全没有办法听到；如果事后再想听一次，这同样是不可能的。
这反映出声音受到时间的绝对限制。
这时就要用到录音系统。
图2录音系统
由于电信号也受时间的局限，因此在这个录音系统中，电信号还要把信息转化成胶片上的银粒密度、磁带中的磁性强度和机械形状的信息，因为这些载体能够长时间保持性质基本不变，使信息得以超越时间的局限保存下来。
但由于电信号在处理上的简便，声音信号还是首先被转化成电信号．
磁性存储物是人们最熟悉的，如：
磁带．还有现代广泛运用的磁盘、磁光盘等；光学存储主要是电影胶片的录音；机械存储常见的有：
LP唱片、CD唱片等。
由上面的两个例子可以看出，声音信息在一些广播器材的帮助下，实现了从原声场到重放声场的传输。
在这种传输过程中，声音信息被不断转化到其它的载体中，利用其它载体装载信息特点，最终克服了时空的局限。
3、无线广播系统
另外还有一种狭义的广播系统——无线广播系统，它是利用另一种载体：
无线电波的特性，实现超长距离的声音传输。
图3无线广播系统
在这一过程中，声音信号先由传声器转化成电信号，再由广播发射机天线转化成无线电波，到用户端时，收音机的天线又把无线电波变成电信号，最后由扬声器变成声音。
在广播系统中，主要的器材有以下几类：
1、声电信号转化器材：
传声器；
2、记录、存储、重放器材：
磁带（盘）录音机、模拟唱机、数字唱机（CD）等；
3、处理、放大器材：
扩音机、调音台、音频编辑器及各种音效处理器等；
4、电声转化器材：
扬声器及音箱
5、信号发送、传输器材：
无线电发射机、发射天线、接收机、接收天线等。
第三节电视系统
在电视系统中，传递节目的信息包含声音和图像两个部分。
由摄像机把图像转化成电信号，声音也由传声器（常常和摄像机联合使用，有时就是摄像机上的一个附件）转化成电信号；然后把它们统一进行处理、存储等等：
最后到达接收者一端后，由电视机把它们分开，还原成声音和图像。
总体上与广播系统很相似，只是更为复杂些。
下面就一个电视新闻节目制作过程为例，看看图像和声音在电视系统中的流动过程。
图4电视新闻的由来
一个电视新闻节目从制作、播出到接收的全过程，大致可以分成这四大块：
1、前期采访、拍摄：
这是由记者和摄像到新闻现场了解新闻事件，记录下新闻的画面和声音。
此时参与工作的设备是摄像机、录像机和传声器（或摄录一体机）；它把声音和图像记录在录像带上。
（变成磁信号保存下来）
2、后期编辑、制作；
在这一环节中，前期工作的成果——素材录像带送到电视台的编辑室，在这里编辑调整画面顺序，并加上字幕和配音，必要时还可进行视音频特技处理，使节目更加丰富多彩。
最终形成了一条新闻节目。
此时参与工作的设备是：
编辑系统、字幕机、传声器、音视频特技机等。
3、总编、播出和发射：
一条新闻节目的成品送到总编室后，经审查，和其它新闻节目成品被串编在一起，形成一盒新闻栏目成品带；再送到播出机房，和其它要播出的节目带，（如：
专题片、广告、文艺节目等）一起由人工播出，或由计算机和机械手组成的自动播出系统完成播出：
信号送到发射机房后，由发射机从专用天线转化成无线电电视信号，经过一些中间转发环节后（可能包含卫星转发），在大范围内传播。
这一环节中参与工作的设备有：
编辑系统、播出系缆、无线电电视信号的发送、转发系统。
4、节目接收与重放：
空中的无线电电视信号被用户的天线接收到后，转化成电信号，再由电视机内部的电路处理，分解出视频信号与音频信号，分别送给显像管还原成图像、扬声器还原成声音，完成电视系统传输信息的全过程。
若是有线电视的用户，它的信号还要有一个环节：
各个电视台的无线电电视信号，先由有线电视台的天线接收，再加上几台有线电视台自己的节目，一起从闭路电视电缆中，以电信号的形式送给用户。
此时用户就不必使用自己的天线。
只需把天线输入口接驳墙上的闭路电视端子，就可获得各种电视信号。
这一环节中参与工作的设备有：
电视机（细分有天线、接收机和显示器）。
第二章广播电视基础知识
广播电视系统融合了许多现代的先进科学技术，其设备的操作有一定的难度。
虽然技术的进步是使设备越来越趋向简单易学，但对于一个专业工作者来说，掌握一些基础知识还是很有必要的，这样有助于我们更加深刻地了解手中的工具，用好手中的工具。
第一节声音
做为广播和电视所要传递的一种信息，它的许多品质会影响到制作和传输时的工作方法，象传声器、扬声器的工作原理、设计和使用方法，都与声音的特性息息相关。
声音在物理学上的表达是声波，它是波的一种具体形式。
一、波
波是一种运动的形式，它表现为质点在其平衡位置做周期性往复运动。
波是自然界中一种最本质的运动形式，广播电视系统中涉及到的每一个物理量：
如声波、光波、无线电波都是一种具体的波，在种种器材中所处理的电信号，也是呈现波的运动形态，可以说：
波这种运动形式是贯穿于广播电视系统的全过程。
因此了解它们的共性——波的品质，是很重要的内容。
（一）、波的五个要素
懂得如何描述波的特性是认识波的关键。
下面以一个正弦波为例，看看它有哪些重要的要素。
这是波的振动图像，从图中可以容易看到波的这是波的波动图像，从图中可以容易看出波的频率
振幅和波长
图5波的五个要素
波的描述可以用五个量来表达：
1、频率（F）：
它表示这列波在1秒内，在其平衡位置上振动几次。
单位为Hz；从上面波的波动图像中可以看出，这一列波的频率为1Hz；
2、波长（λ）：
它是波在一个运动周期内走过的路程，例子中这一列波的波长是1米；
3、波速（V）：
波速等于波长×频率，例子中这一列波的波速是1米/秒；
4、振幅（A）：
振幅是质点能够偏离它的平衡位置的最大距离。
例子中这一列波的振幅是1米；
5、相位（Φ）：
相位是用来表达波的每个时刻的振动状态，一个周期的相位为360度。
（两列波的频率、振幅、波长均一样时，仍有可能是不同性质的波，这是因为它们的相位可能不同，可以从比较两列波在同一时刻的点的相位看出来）。
图6相位为180度的波
例如：
上图中是一列与图5中频率、：
振幅、波长完全相同的波，但它的起始点相位是180度，因此它是不同的一列波。
两列波相位差180度，它们就是反相波。
若它们的相位差为0度，即相位相同，我们称它们为同相波。
（二），波的传播特点
当两列波相遇时，两者会发生叠加，变成一列波，此时两列波会逐点进行相加，若两个点的振幅方向不同，相加的结果是振幅减小。
例如图5的波与另外一列与之完全相同的波相遇时，会变成一个振幅为2米的波，这是波的加强；但图5的波与图6的波相遇时，会变成一列振幅为0的波，这时两列波发生反相抵消，若图5波振幅大于图6波的振幅，会出现一列振幅较小的波，相位和图5（振幅大的波）相同。
若两列频率不同的波相遇时，二者也会逐点叠加起来，只不过变成较为复杂的波。
有一个重要的特性是：
叠加后的波在适当的条件下（遇到分频器），还可以重新还原成原来的两列波。
这种性质对于在同一条电缆线上传输多路信号有很大的意义。
也使得频率变成一种资源。
波在遇到障碍物时，会发生反射。
反射的性质和人们熟悉的光的反射道理一样。
波在遇到障碍物时，还会发生衍射现象，即它可能绕过障碍物。
绕过的程度与下面一个因素有关：
波长与障碍物尺寸的比较。
当障碍物的尺寸与波的波长相近或小于波长时，波可以绕过它，就象没有障碍物—样，随着障碍物尺寸增大，波越来越难通过，当障碍物尺寸远大于波长时（一般为10倍波长），可以认为波不能通过，在障碍物的背后将出现“影区”。
这种性质对于波在空间中的传输同样有重要的意义。
当波在传播中遇到一个小孔时，只要波长远大于小孔的直径，此时的小孔相当于一个点声源，波能向前传播。
二、声波
声波是自然界中存在的一种具体的波，它的定义是：
由于机械振动和气流扰动引周围弹性介质发生波动的现象。
从定义中可以看出，声波产生必须要有两个要素：
产生机械振动的声源和弹性介质。
能产生机械振动的声源很多，如：
发音的喉腔、被敲击的鼓面、快速运动的气流等；弹性的介质可以是固体、液体和气体，在没有弹性的介质和真空中，声波无法传播。
在广播电视系统中，我们主要研究由气体传播的声波。
（一）声波的产生
这是一个声波产生的示意图。
图中最左边的黑色的粗线条是代表声源振动膜。
它在自己的平衡位置附近左右振动；在它右边的光带代表弹性的空气介质，其颜色深浅表示其密度的高低。
1、当振动膜还未起振时，空气是均匀的；
2、当振动膜向前运动时，和它相邻的空气被压缩，密度升高；
3、当振动膜回到平衡位置，和它相邻的空气回复正常的密度，而第2步形成的高密度区向前运动了一小段（1／4波长）；
4、当振动膜向反方向振动时，振膜附近的空气被舒张，形成一个密度低的区域，而密度高的区域继续向前运动1／4波长；
5、振动膜回到平衡位置，完成一个周期的振动，声波也完成一个运动周期。
（把5与下图对照，可以看得更清楚。
）
从第5步声波示意图与对照波型的比较中，还可以看到一个不同的地方：
声波引起的空气振动是与声波的传播方向一致的，均是水平方向；而对照波型中，介质的振动方向是垂直的，波的运动方向却是水平的。
因此，声波这类波被称为“纵波”，对照波（如水波）称为“横波”。
图7声波产生示意图
另外一个重要的概念是：
波的运动本质并不是把介质推向远方，介质始终在自己的平衡位置上来回振动，而向远方的是一种运动状态。
传波传播到哪里，只不过那里的介质就开始按波源的振动方式开始运动而已，这点要区分清楚。
比如：
声波每秒传出340米，这只是运动状态传递了340米，并不是声源把声源旁的空气推远了340米。
（二）声波的描述
和波一样，要描述一个声波也可以用五个要素来进行。
1、频率：
空气中传播的声波频率与声源的振动频率是一样的。
人类听觉所能听到的声音频率有一个范围，大约是20Hz～20KHz，这也是广播电视系统中着重研究的频率范围。
20Hz以下的频率称为次声波，人虽然听不见，但有一定强度的次声波会使人产生烦燥、恐惧的感觉，高强度的次声波会对人产生伤害。
台风、地震都会产生次声波；20KHz以上的频率称为超声波，许多动物，如蝙蝠、狗等，可以听到超声波。
2、波速：
空气中的声波速度一般计为340米／秒，实际上，这个速度与气温、气压均有关系，如：
与温度的关系是：
15摄氏度时，声速为340米／秒，每升高1摄氏度，声速提高约0．6米渺。
气压增大，声速也会提高。
声波的传播速度与介质有关，在固体和液体中，声音传播的速度要比空气快很多．如：
在钢铁中，声音速度是空气中的15倍，因此把耳朵贴近钢轨会提前听到火车声。
3、波长：
在空气中的声波波长是17米～1．7厘米，高频率的声音波长短，因此它在传播路径上遇到障碍物的绕射能力差。
对于声波而言，在不同的介质中传播频率是不变的，但是引起波速不同的原因是波长有改变．
4、振幅：
空气中传播的声波振幅指的是空气微粒离开原来平衡位置的大小，数值越大，表明波的能量越大，它也是引起声音响不响的重要原因。
在实际运用中，声波的振幅通常是用和它对应的声压（P）来表示，声压是声音对垂直于传播方向上物体产生的压力，单位是：
“帕斯卡”．一般而言，人所能听到的最小声压是0．00002帕斯卡，这个声压称为“可闻阈”；人所能听到的最大声压约为20帕斯卡，这个数值称为“痛阈”，因为再高的声压会引起痛觉．
5、相位：
声波的相位性质和波的一样，同频同相的声波会叠加加强；同频反相的声波会叠加减弱；不同频率的声波会合成复杂的波形，在合适的条件下，不同频率的声音也可以被分解开来。
（三）声音
在这里，声音是一个对声波的主观描述词，研究声音就是研究人对声波的主观感受。
只有仪器才会关心上面讲的五个要素，而人对声信号的感受是从响度、音调、音色、音域等方面来认识的。
对于声信号主观感受的研究是十分重要的。
1、音调
音调就是声波频率的主观感受，如：
高音、中音、低音就指的是音调。
在音调的性质上，比较重要的一点是：
声波频率每上升一倍，人的主观感受上升一个8度音阶。
也就是说，过去20—20KHz的十进制关系，在音调的描述中应以：
20、40、80、160、320、640、1280……为等间距划分。
这种关系被称为“倍频程”进制。
在研究广播系统中，由于主观感受比仪器测量更有直接意义，因此以后的频率度量上划分均以倍频程来进行。
表1A调8度音阶与声波频率的关系
音符
频率（Hz）
音乐音程称呼
频率比
1A
440
纯一度
1：
1
2B
493．883
大二度
1.22462：
l
3C#
554．365
大三度
1.25992：
1
4D
587．330
纯四度
1.33483：
1
5E
659．255
纯五度
1.49831：
1
6F#
739．989
大六度
1.68179：
1
7G#
830．609
大七度
1.88775：
1
lA
880
纯八度
2：
1
从表中我们可以看出，每升一个8度，果真频率上升一倍，这样就把频率和音调统一起来了。
在音调中，通常被分成高、中、低音段，所谓的高音，指的是5KHz以上的频率；中音是300Hz到5KHz的区间：
低音则是300Hz以下的声波。
2、响度
响度表示人耳对音量大小、强弱的主观感受，它主要决定于声波的幅值，也受到声波频率的影响。
它的单位是“方”。
方的数值等于1KHz声波的声压级。
在实际运用中，声压值通常是改成“分贝”来表达的，英文上简写为“dB”。
dB没有单位，而是一种好的计量方法。
随着学习的深入，我们还会在各种仪表上看到它。
在这里，它是对复杂的具体数值进行简写的方法。
在表达声压时，0dB等于0.00002帕斯卡，这是一个国际规定的关系，称为基准值Po。
其它声压值换算成dB的方法是：
分贝值＝20LgP／P0。
例如：
痛阀的分贝值是20Lg20／0.00002，等于120分贝。
其它声压值可参照同样方法换算。
换成分贝表达后，声压也改称为“声压级（SPL）”。
为什么声压不用帕斯卡这个国际单位，而要用分贝来表达呢？
这样换算的好处首先是简化了书写；其次是方便了计量，比如一个测量声压的仪器，用声压刻度从0.000402~20帕斯卡，至少要100万格，换成分贝后，只刻0～120dB即可，实在是方便了许多；换算的第三个好处是最重要的，分贝这种以对数关系为度量的进制，比较符合人的实际听觉感受。
声波传到人的耳朵时，声压驱动了鼓膜，而后由三块听小骨传给耳蜗，变成神经束中的电信号后来到大脑，最终才形成响度。
实验证明：
声压和响度并不是十进制关系，（可闻阈与痛阈的响度感觉不是100万倍）而是一种对数关系。
0～120dB很符合人的主观感受。
dB还可以表达其它的物理量，如电压，此时国际规定的0dB电压值是0.775伏，那么，0.0775伏就是-20dB（10倍＝20dB）。
dB在表达功率（能量）一类较高级别物理量时，换算方法是10LgW／Wo，即系数改为10。
电功率的0dB＝lmW：
声功率的0dB＝1x10－12W。
表2日常生活中的实际声音与声压级对照
声压级（dB）
感受程度
典型声源
120～140
难以忍受的疼痛感
飞机发动机（5米），汽锤（1米）
100～120
振耳欲聋
雷声，汽车的喇叭（1米）
80～100
很响
大型客机内部，机床（1米），汽车内部
60～80
响
繁华街道，演讲（1米），汽车（10米远）
40～60
一般
安静酌办公室，对话（1米），收音机中等音量
20～40
轻
安静的郊区，手表摆动的声音（10厘米）
0～20
微弱
自己呼吸声，最低可听的下限
人对响度的感觉除了与声压有关外，还与声波的频率有关。
换句话说：
两个声音虽然具有同样大小的声压，但它们的频率不同，人还会感到不一样响。
下面参看“等响度曲线”图。
曲线纵坐标表示声压级，单位是分贝，数值从0一140；横坐标为频率，单位是Hz，范用从20一15K，间隔足以倍频程来划分的。
中间弯曲的曲线就是等响度曲线，顾名思义，等响度曲线就是人感到相同响度的声音连成的线，从下到上依次足0方、10方、20方……140方，若这条线水平，表示响度与频率无关，但实际上并不是这样的。
曲线弯曲越大，表示响度受频率影响越大。
0方以下的部分表示人不可听到的区域，可以看出，有些低频率声音，即使声压大于0分贝，依然不可闻。
读解这张图首先看1KHz对应的垂直线，可以看到响度值刚好等于纵坐标上的声压值，这是响度定义的反映。
其次分析一条曲线，例如，分析40方这条线：
可以看出，形成40方的响度，在中频段所需的声压级最小，低频和高频均要求更大的声压级。
最后再分析一条高响度的曲线，如分析80方这条线，与40方曲线对比一下，看看哪一条数值差异比较大。
结论：
1、人对3~4KHz的中频声最敏感，对低频、高频声均不敏感，同样大小的声压，中音听起来响，而高低音不响，尤其是低声压的低频声，可以落到可闻阈以外。
如：
30dB的60Hz声音。
2、在高响度下听音，等响度曲线比起低响度的曲线平缓，表明响度受频率影响较小。
这条等响度曲线给我们工作中带来的影响是：
①在低音量的情况下听音，会感到高、低音缺乏。
但这并不一定是由于节目源的问题。
当我们提高音量听音后，这样虽然节目一样，听起来却会感到高、低音较为丰满；
②在必须用低音量听音时，音响设备的输出应考虑加强低、高音。
在扩音机上有一个等响度开关“Londness”，在低音量时可以打开，高音量时不须要打开。
因为在现场听音乐会时人也一样有“等响度”的问题，只要响度差不多，无须额外调整；
③可以按自己的听音要求，用“频率均衡器”细致调整。
3、音色
表达声音的第三个量是音色，音色是声音的色彩，也是人为什么懂得分辨不同人的声音、不同乐器声音的因素。
不过音色是一个较为复杂的概念，它是表达一种声音中包含的各种频率成份的比例关系。
下面是一系列相关的名词，从中可以理解什么是音色：
纯音：
纯音是指由单一频率声波组成的声音。
例如某个声波的为100Hz，那么它就是100Hz的纯音。
纯音是人工制造的声音，自然界是的声音均是复合音。
复合音：
当一个声音是由多个频率的声波混合而成的，这种声音就是复合音。
自然界中的声源都有一个共同的特点：
当它发出某个频率的声波时，同时还会有这种频率的倍频出现，如钢琴弹出A调1，发出的是440Hz的声波，但与这个声波同时产生的还有880Hz、1760Hz等等。
为了描述这种情况，我们常用频谱图来表达。
它的横坐标是频率;纵坐标是强度（声压级）。
从钢琴的频谱图中可以看出，它的声音是由许多有倍频关系的声波组成，其中最低的一个强度最大；它也是键盘上标出的音调，这个音被称为“基音”。
其它频率较高，强度较小的成份被称为“泛音”。
还有另外一种对频谱成份描述的方法是：
统称每种成份为“谐音”，那么基音就是“第一谐音”，2f的声波成份就是“第二谐音”，以此类推。
图9钢琴与黑管各演奏100Hz声音时的频谱图
对照图中黑管的频谱图可以发现，钢琴和黑管的基音均是100Hz，但它们的泛音成份是不一样的。
不仅大小不同，成份也不同，有些倍频成份甚至没有，这便是音色的由来。
由于这种频谱结构的不同，才使自然界的声音丰富多彩，发出同样一个音调，可能是悦耳的音乐声，也可能是令人恐惧的吼声。
有了对声音频谱结构的认识，人们在分别声音种类、创造新的声音时，便有了可靠的根据。
4、音域
音域指的是声源能够发出声音的最大频率范围，音域分成基音音域和谐音音域两种。
基音的音域通常用来表达声源的发音能力。
以人声为例，能够唱出几个8度，实际上就指这个人唱出最低音的基音和唱出最高音的基音之间涵盖几个倍频程。
一个能从200Hz唱到800Hz，就表示他的音域有2个8度。
对于乐器也是一样。
从具体数值来看，男人的声带长而厚，因此发出的频率相对较低。
男声平均的最低基音在150Hz左右，女声在230Hz左右，经过训练的歌唱家，基音会有很大改变：
男低音可以低达66Hz，女高音最高可唱出1000Hz的高音。
世界高音C#王，他的基音最高就是1108Hz左右。
谐音的音域要比基音音域大得多。
还是以人声为例：
男声和女声的谐音音域大约高到10KHz左右，乐器的谐音音域很多都能达到20KHz，这个音域范围常常是录音工作者所关心的。
要完整记录声音，它的所有谐音都是很重要的，因为它是产生音色的原因。
（四）高保真的含义与评价
高保真是一个为大多数人所熟悉的词汇，因为在许多家用视听设备的广告中，这个词
出现频率很高。
但是，在广播电视系统中，高保真有一种特别的含义，它是整个系统努力
1、什么是高保真
高保真一词源于英文词汇：
“HighFiddling”，有时也简写为Hi-Fi。
在广播系统中，
用一个准确的定义把它解释出来就是：
实现和原声场完全一致的音响效果，也包含对声音的美化和修饰。
理解这个定义可以从两个方面入手：
（1）从广义上讲，高保真是对整个系统传输质量的宏观评价，也是一个系统最高的性能的追求。
广播系统使声音信息超越时空的限制，传递到千家万户，但是由于在原声场和重放声场之间经过了大量的处理环节，其最终能否保持住原声场的各种品质和信息，就成了一个要着重考虑的问题。
高保真就是指整个系统能够圆满地传递声音信息。
由于系统是由一个一个具体的设备组成，狭义的高保真也指的是某件设备的高保真，即它处理信号的能力。
检测的方法是：
比较这种设备输入信号和输出信号之间的差异。
若每一个小的环节都能处理好，那么整个系统的质量就有保证。
但高保真是广播系统的努力方向，没
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