Посвящение в радиоэлектронику

Теперь допустим, что высококачественные мощные усилители и акустические системы скоро станут широко распространенными. Что же дальше? Тормозом для дальнейшего повышения качества звуковоспроизведения окажутся источники звуковых программ — те же самые проигрыватели и магнитофоны. Для их совершенствования предлагается много технических решений, но аппараты при этом становятся уж очень сложными и дорогими, да к тому же и недостаточно надежными в эксплуатации. Это общие недостатки аналоговой техники. Выход один — переходить к цифровой записи звука. Мы уже обсуждали преимущество передачи телефонного разговора в цифровой форме: уровень помех и искажений резко снижается, сигнал не ухудшается от многочисленных ретрансляций или перезаписей. То же относится и к цифровой звукозаписи, только объем обрабатываемой информации здесь получается гораздо больше.

Для передачи звуков с динамическим диапазоном 90 дБ каждый отсчет сигнала должен квантоваться не менее чем на 30000 уровней. Для передачи одного отсчета потребуется 15 бит информации (2¹⁵ = 32 768). Отсчеты должны следовать с тактовой частотой, по крайней мере вдвое превышающей максимальную частоту звукового диапазона (вспомните теорему отсчетов). Подойдет значение 48 или 64 кГц. Тогда скорость поступления звуковой информации в цифре составит около 10⁶ бит/с, или 1 Мбит/с. Полоса частот, занимаемая подобным цифровым сигналом, окажется шире 1 МГц. Для его записи понадобится уже не обычный, а видеомагнитофон. Ну не совсем видео, но по параметрам приближающийся к видеомагнитофону. Зато цифровая запись позволит получить звук, практически неотличимый от естественного.

Кроме магнитной существуют и уже разрабатываются другие способы цифровой записи звука. Очень интересны, например, диски, на которые лазерным лучом записана цифровая информация. Высокая когерентность лазерного излучения позволяет получать чрезвычайно высокую плотность записи. Одна сторона диска может «звучать» до полутора часов. Работы ведутся и в области лазерной видеозаписи. Вот какие источники программ мы увидим в недалеком будущем.

Цифровых дисков еще нет у слушателей, но на студиях звукозаписи цифровая техника уже широко используется. Записываемый сигнал в этом случае сразу преобразуют в цифровую форму и лишь затем обрабатывают и редактируют. Большинство искажений, создаваемых обычными аналоговыми звукорежиссерскими устройствами, при этом устраняется. Резцом звукозаписывающего рекордера управляет теперь не усилитель аналогового сигнала, а цифровое устройство. Делает оно это гораздо точнее; в результате качество обычной аналоговой записи на пластинках существенно повышается. И для передачи записываемой программы на другой завод грампластинок теперь можно не посылать диск-матрицу, а передать по сети связи «пакет» чисел в виде электрических импульсов, записанных на магнитной ленте или магнитном диске. Такой вид передачи очень близок к обмену информацией между компьютерами. Но компьютер сначала запоминает получаемую информацию, а уж затем ее обрабатывает. А нельзя ли с помощью компьютерных устройств памяти запоминать и звук, преобразованный в поток цифровых сигналов? Конечно, можно, и первые шаги в этом направлении уже сделаны.

Когда я упомянул о телефонной трубке, в рукоятку которой встроен миниатюрный магнитофон, я не сказал о другой, конкурирующей разработке. Цель, собственно, была простая — необходимо было устройство, записывающее телефонные звонки в отсутствие абонента. Телефонный ответчик на базе магнитофона хорошо известен и уже далеко не новинка. А вот в той, другой разработке в телефонную трубку встроили аналого-цифровой преобразователь и полупроводниковое устройство памяти, хранящее полученную и преобразованную в цифровой код информацию. Хотя длительность записи получилась весьма небольшой, всего около 20 с, первый шаг сделан! Важным достоинством такого, чисто электрического способа звукозаписи является полный отказ от механики в устройстве нет ни одной движущейся или вращающейся части. Развитие и дальнейшее усовершенствование этого способа звукозаписи (увеличение полосы частот и длительности записи) теперь уже дело технологии, а она, как показывает опыт, совершенствуется очень быстро, особенно в области полупроводниковой электроники. Как только появятся небольшие и дешевые устройства полупроводниковой памяти объемом в сотни мегабит, у проигрывателя и магнитофона будет очень сильный конкурент. Вот так вычислительная техника вторгается в совершенно неожиданные и, казалось бы, совсем несовместимые области техники. Есть и еще одно — применение микроЭВМ.

На память приходит броский лозунг: «ЭВМ управляет бытовым радиокомплексом». Странно? До сих пор бытовым радиокомплексом управлял человек, слушатель или, как теперь все чаще говорят, пользователь. Давайте определим число органов управления современным бытовым радиокомплексом. Тюнер: ручка настройки, переключатель диапазонов, ручка выбора полосы пропускания, переключатель «Местный дальний прием», общий выключатель — итого пять органов управления. Примерно по стольку же, если не больше, органов управления и у других устройств, входящих в радиокомплекс. Всего набирается несколько десятков органов управления. Есть у вас гарантии, что все они установлены в оптимальные для данного режима работы и воспроизводимой программы положения?

Наверное, нет, особенно если вы не слишком искушенный в радиотехнике человек. Радиовещательную программу вы можете слушать не на той волне, в то время как другая станция передает ее же с лучшим качеством и в условиях меньших помех; полосу пропускания вы наверняка выбрали неоптимальную; включая проигрыватель, забыли, что надо сделать прежде: пустить двигатель или поставить звукосниматель на пластинку, а уж выбор оптимального уровня записи в магнитофоне для вас вообще темный лес. Рядовой пользователь часто решает и более прозаические проблемы: подключив магнитофон к усилителю, долго не может понять, почему нет звука, когда кассета вертится, и пытается отрегулировать положение головки, хотя на самом деле он просто взял не тот соединительный кабель.

Все эти проблемы снимаются, если в радиокомплекс встроен микропроцессор, управляющий его работой. В этом случае управление комплексом больше напоминает работу с микрокалькулятором. Например, вы заказываете микропроцессору, чтобы во вторник вечером (укажите время) был записан концерт Раймонда Паулса (или кого-нибудь еще, кто вам больше нравится). Частота нужной станции внесена в память цифрового устройства настройки компьютера заранее, микропроцессору надо только указать ее код и время. Сделав «заказ», вы можете забыть о нем и во вторник вечером спать, гулять или засидеться на работе. Микропроцессор сам в нужное время включит нужные агрегаты (тюнер и магнитофон), сделает запись и все выключит. Придя домой или проснувшись, вы нажмете кнопку на клавиатуре процессора, он сделает необходимые переключения, и вы услышите любимые мелодии. А уж об установке полосы пропускания, регулировке тембра, громкости, баланса стереоканалов вам можно не заботиться процессор сделает это сам, как всегда что-нибудь оптимизируя, например отношение сигнал-шум.

Сказка? Она вполне осуществима. Вся необходимая техника уже есть. А по мере усложнения управляющего компьютера возможности еще больше расширятся. Я не говорю о встроенных часах, календаре, программе передач, хранящейся в электронной памяти и беспроводном дистанционном управлении на ИК лучах. Все это уже есть и иногда используется. Возможно и голосовое управление компьютером. Сейчас современные компьютеры этому обучаются, распознать речь «хозяина» им уже не составляет труда. А когда компьютеры научатся исполнять и некорректно сформулированные задачи, возможно, будет, например, такое. Усевшись в кресло, вы объясняете компьютеру (который круглые сутки настороже!): «А поставь-ка мне, приятель, Пугачеву, ну, там, где она про лето поет…». И через несколько миллисекунд (компьютер «думает» и работает быстро) слышите голос певицы: «Лето, ах, лето…».

Пройдет еще какое-то время, компьютеры станут совсем умными, а дети в семье совсем избалованными обилием обслуживающей их техники, и тогда может случиться и такое. «Покажи-ка мне «Ну, погоди!» семьдесят третью серию», — скажет ребенок, устраиваясь перед телевизором. «Ничего не выйдет, малыш, — ответит бытовой радиокомплекс, — у тебя еще не сделан английский». И немедленно изобразит на экране телевизора (он же дисплей) страницу учебника и прочитает ее с идеальным оксфордским произношением. Согласитесь, что ради создания таких умных и полезных радиокомплексов стоит работать! Но мы замечтались, а в радиоэлектронике еще столько вопросов, о которых не то что поговорить, а даже упомянуть мы еще не успели. Поэтому перевернем страницу и начнем следующую главу.

9. РАДИОЛОКАЦИЯ

Глава рассказывает о спрутax-звукоулавливателях, возникновении и развитии советской радиолокации, первых опытах по обнаружению самолетов с помощью радиоволн, гибели немецких и американских линкоров и многом другом, что может очень заинтересовать не только любителей военно-приключенческой литературы. В частности, посмотрим на арбуз с расстояния полутора тысяч километров, обсудим проблему небесных «ангелов», поговорим об обнаружении ливневых облаков и составлении подробных карт в плохую погоду.

Что такое радиолокация?

Когда вы стоите на краю обрыва, а перед вами, за рекой, стеной поднимается крутой берег, заросший густым лесом, трудно удержаться, чтобы не крикнуть или громко не хлопнуть в ладоши. В ответ раздается эхо. То что вы делаете, называется звуколокацией.

Звук, отраженный от противоположного берега, запаздывает во времени и искажается, часть его накладывается на посылаемый звук, и начало фразы принять (услышать) уже нельзя, а конец фразы звучит вполне отчетливо. Налицо многие проблемы, встречающиеся в радиолокации.