Kỹ thuật truyền thanh

CHƯƠNG I KHÁI NIỆM VỀ KỸ THUẬT TRUYỀN THANH Bài này giới thiệu sơ lược toàn bộ một hệ thống truyền thanh cơ bản. Qua đó, sinh viên làm quen được từng bước các quá trình xử lý tín hiệu âm thanh nói riêng và tin tức hay dữ liệu nói chung từ nguồn đến đối tượng nhận. Từ đó có một số vốn thuật ngữ để hiểu được dễ dàng hơn những vấn đề phức tạp hơn ở bài sau. Về bản chất, kỹ thuật truyền thanh hay kỹ thuật truyền tin hay dữ liệu, nói tổng quát hơn là kỹ thuật xử lý âm thanh, tin hay dữ liệu trước khi phát, kỹ thuật phát và kỹ thuật thu và xử lý sau khi thu bằng các thiết bị có mạch điện tử. Sau đây là sơ đồ khối một hệ thống truyền tin từ nguồn đến đối tượng nhận. Không gian Máy phát Máy thu Nguồntin Đối tượng nhận tin Sợi quang Môi trường truyền Anten phát Anten thu Dây dẫn H. I-1 Hệ thống sẽ được trình bày sơ lược từ nguồn tin đến đối tượng nhận tin. I. Nguồn tin và tín hiệu: Nguồn tin tức hay nguồn thông tin, dữ liệu nói chung và âm thanh nói riêng, cho môn học này, cần được đưa vào bộ phận chuyển đổi ra tín hiệu được gọi là tín hiệu gốc hay tín hiệu nền, trường hợp âm thanh thì bộ phận chuyển đổi là micro kèm theo phần khuếch đại cho ra tín hiệu âm tần. Tín hiệu là hiện tượng thay đổi vật lý mang nội dung tin tức. Nếu hiện tượng thay đổi vật lý mang tin diễn biến liên tục theo thời gian thì tín hiệu được gọi là tín hiệu tương tự. Tín hiệu âm tần là điện áp hay dòng điện biến thiên liên tục theo thời gian. Nếu hiện tượng biểu hiện không liên tục như tín hiệu Morse thì đó là tín hiệu rời rạc chỉ có khả năng mang được một tập nội dung có hạn định như các ký tự từ A, B ... đến Z, các số từ 0 đến 9, các dấu chấm, dấu phẩy ... Muốn mang được một số nội dung hạn định, tín hiệu rời rạc phải được lập ra theo qui ước mà người hay tín hiệu phát lẫn thu đều biết, đó là mã thông tin như mã Morse, Baudot, ASCII ... Như vậy, tín hiệu phát phải qua quá trình mã hóa trước khi phát và khi thu được phải qua quá trình giải mã. Lưu ý rằng quá trình mã hóa và giải mã xưa kia do người phát và người nhận tin phụ trách, giờ đây do mạch mã hóa ở máy phát và mạch giải mã ở máy thu làm việc. Sau đây là các tín hiệu âm tần gặp trong kỹ thuật truyền thanh: - Tín hiệu điện thoại hay tín hiệu tiếng nói trong dải tần từ (300 ¸ 3400)Hz. - Tín hiệu âm tần từ dải vô tuyến phát thanh quảng bá hay từ máy thu vô tuyến điều biên (AM) trong dải tần từ (100 ¸ 5000)Hz. - Tín hiệu âm tần từ đài phát thanh vô tuyến quảng bá hay từ máy thu vô tuyến điều tần (FM) trong dải tần từ (50 ¸ 15000)Hz. - Tín hiệu âm tần từ máy hát đĩa Compact trong dải tần từ (50 ¸ 20000)Hz. II. Máy phát: Cấu tạo của máy phát phụ thuộc vào đặc tính truyền dẫn của môi trường và bản chất của tín hiệu. Trước khi thiết kế máy phát, ta phải biết bản chất của tín hiệu gốc là gì, tín hiệu này có truyền qua môi trường được không. Lấy một thí dụ, nếu tín hiệu gốc là tín hiệu âm tần từ một máy tăng âm 100W có tổng trở ra loa là 8W, môi trường truyền là một đôi dây dẫn đường kính khá lớn. Như vậy, sau khi biết được bản chất của tín hiệu là tín hiệu âm tần công suất 100W phát từ máy tăng âm có tổng trở ra là 8W, môi trường truyền lại là một đôi dây dẫn điện có tổng trở rất thấp. Như vậy, hẳn các độc giả cho dù chưa được học qua kỹ thuật truyền thanh này cũng biết và đồng tình quyết định là dùng máy tăng âm làm máy phát. Tuy nhiên, nếu môi trường truyền là không gian thì mọi độc giả đều biết rằng máy tăng âm 100W này không thể dùng làm máy phát vì không gian không truyền được tín hiệu âm tần mà chỉ truyền sóng cao tần. Nếu môi trường truyền là một sợi quang thì sợi cũng không truyền được dòng điện âm tần mà chỉ truyền được ánh sáng. Như vậy, cấu tạo máy phát vô tuyến truyền thanh phải theo sơ đồ khối sau: Nguồn sóng cao tần Khối cách ly Khuếch đại trung gian Khốiđiềubiến Mạch dung hợp Anten Anten phát sóng Khuếch đại âm tần Khuếch đại công suất âm tần Âm thanh Micro H.I-2 1. Nguồn sóng cao tần: Môi trường truyền thanh là không gian truyền được sóng điện từ là sóng cao tần. Máy phát phải có nguồn sóng cao tần có tần số không được thay đổi 20Hz hay cao hơn hay thấp hơn tần số phát sóng cho phép. Do vậy, nguồn sóng cao tần là một mạch dao động thạch anh được cách ly với phần còn lại của máy phát về từ trường, điện trường và nhiệt độ, làm việcở nhiệt độ ổn định từ (40 ¸ 50)oC gọi là mạch dao động chủ. Ngày nay mạch dao động chủ được thay bằng mạch tổng hợp tần số có ưu điểm là tần số ổn định mà lại có thể thay đổi tần số phát trong dải phát sóng qui định với tần số được cho phép. 2. Khối cách ly: Khối này có chức năng cách ly nguồn sóng cao tần với phần còn lại của may phát về ảnh hưởng của phụ tải là khối khuếch đại trung gian làm cho tần số của nguồn mất ổn định. Để khả năng cách ly được tốt hơn, khối này thường nhân đôi hay nhân ba tần số nguồn sóng, do vậy cũng được gọi là khối nhân tần số. 3. Khối khuếch đại trung gian: Là khối có chức năng của khối tiền khuếch đại, tăng biên độ sóng cao tần ở mức đủ kéo phần khuếch đại công suất cao tần ở khối điều biến. 4. Khối điều biến: Thí dụ nêu ra ở đây là máy phát điều biến có mạch điều biến ở mức biên độ sóng cao nên khối điều biến là khối sau cùng trong máy phát. Khối này có chức năng tạo ra một sóng cao tần có mang nội dung tin tức, với loại sóng này ta mới truyền được tin tức qua môi trường không gian bằng sóng điện từ. 5. Khối khuếch đại công suất âm tần và khối khuếch đại âm tần: Cả hai khối đều khuếch đại tín hiệu âm tần. Khối khuếch đại tín hiệu âm tần cho có đủ biên độ kéo khối khuếch đại công suất âm tần vì khối điều biến mức cao cần tín hiệu âm tần công suất lớn. Như vậy qua sơ đồ khối máy phát, chúng ta đã biết phải nghiên cứu các nội dung gì khi tiếp cận kỹ thuật phát thanh. III. Máy thu: Do tín hiệu âm tần đã được xử lý qua mạch điều biến để có sóng cao tần mang tin truyền qua không gian nên sóng mang tin phải được xử lý ở máy thu bằng nhiều phương pháp. Sau đây là sơ đồ khối các loại máy thu từ máy thu cũ đến máy hiện đại. 1. Máy thu trực tiếp: Đây là loại máy phẩm chất kém nhất. Anten thu sóng Mạch thu sóng Mạch giải điều biến Ống nghe H. I-3 Anten thu nhiều sóng, mạch thu sóng còn được gọi là mạch điều hợp, thực chất là mạch cộng hưởng ở tần số sóng cần thu. Sóng được đưa vào mạch giải điều biến để tách tín hiệu gốc là tín hiệu âm tần ra khỏi sóng cao tần mang tin. Tín hiệu âm tần được đưa vào ống nghe có công suất rất thấp, chỉ cần tín hiệu công suất vài miliwatt là có thể nghe được. Loại máy này trước là máy của người có thu nhập thấp muốn nghe đài vô tuyến truyền thanh, ngày nay là loại máy mà học sinh phổ thông làm bài thực tập sơ đẳng về máy thu hoặc là đồ chơi của thiếu nhi. 2. Máy thu khuếch đại trực tiếp: Sơ đồ máy thu như sau: Anten thu sóng Mạch thu sóng Mạch khuếch đại cao tần Mạch giải điều biến Mạch khuếch đại âm tần Loa H. I-4 Nguyên lý mạch thu sóng đã nói ở phần trên. Mạch khuếch đại cao tần khuếch đại tức là tăng biên độ sóng cao tần trước khi đưa vào mạch giải điều biến đã nói ở phần trên. Mạch khuếch đại âm tần là mạch tăng âm để có đủ công suất đưa vào loa. Máy thu khuếch đại trực tiếp được sử dụng phổ biến vào khoảng trước năm 1910, có phẩm chất đạt yêu cầu để thu các đài phát thanh địa phương phát sóng dài (châu Âu) và sóng trung (châu Mỹ, Á), không đạt yêu cầu ở sóng ngắn phát từ các đài ở xa. 3. Máy thu đổi tần số: Là loại hiện nay vẫn còn được sử dụng phổ biến. Sơ đồ khối của máy như sau: Mạch thu sóng Mạch khuếch đại cao tần Mạch trộn sóng Mạch dao động Mạch khuếch đại trung tần Mạch giải điều biến Mạch khuếch đại âm tần Loa Anten thu sóng H. I-5 Mạch thu sóng, mạch khuếch đại trung tần đã được giới thiệu ở phần trên. Mạch dao động tạo ra sóng cao tần trộn với sóng cao tần có mang tin từ mạch khuếch đại cao tần tại mạch trộn sóng phi tuyến để có sóng tần số trung gian thấp hơn và mang cùng nội dung tin. Sóng tần số trung gian lại được khuếch đại ở mạch khuếch đại trung tần rồi đưa đến mạch giải điều biến thu hồi tín hiệu gốc. Tín hiệu gốc được khuếch đại ở mạch khuếch đại âm tần để có đủ công suất cho loa. Máy thu loại này có phẩm chất đồng đều và đạt yêu cầu đối với mọi dải sóng từ đài gần lẫn đài ở xa. Sau khi được giới thiệu qua máy thu, độc giả đã biết được các nội dung cần tham khảo khi tiếp cận kỹ thuật thu thanh qua sóng cao tần. Phần sóng mang tin và môi trường truyền sẽ được giới thiệu ở bài sau. IV. Các phương thức truyền tin: Một hệ thống truyền tin có thể được thiết kế để truyền một chiều từ nguồn tin đến đối tượng nhận theo phương thức gọi là truyền một chiều hay truyền đơn công. Hệ thống cũng được thiết kế để truyền hai chiều, truyền từ người phát đến người nhận đồng thời người nhận lại truyền được cho người phát như nói chuyện trực tiếp với nhau, đó là phương thức truyền song công hay truyền đồng thời hai chiều. Hệ thống cũng được thiết kế để người phát truyền cho người nhận rồi sau đó người nhận mới truyền lại cho người phát, hai người không truyền cho nhau đồng thời mà phải truyền luân phiên nhau, đó là phương thức truyền bán song công hay truyền hai chiều luân phiên. Cũng có hệ thống nhiều người có thể đồng thời trao đổi tin tức cho nhau, đó là phương thức truyền đa công, đa chiều hay hội nghị. Đài phát vô tuyến truyền thanh truyền một chiều, hai người nói chuyện với nhau qua máy điện thoại truyền hai chiều, hai máy bộ đàm vô tuyến chỉ liên lạc được luân phiên nhau.