668_Mamchev_G.V._Tekhnicheskie_sredstva_TV_vehhanija_

излучением EEL (Edge Emitting Laser) и лазерные диоды с поверхностным излучением и вертикальным резонатором VCSEL (Vertical Cavity Surface Laser). Диоды EEL в большом количестве одновременно формируются на общей подложке, могут обеспечить любой цвет излучения. Однако их производство достаточно дорогое из-за невозможности их тестирования на ранних этапах изготовления. Лазерные диоды VCSEL-типа имеют более сложную структуру, включающую оптический резонатор на многослойных зеркалах с высоким коэффициентом отражения. Технология их изготовления хорошо контролируется, позволяет тестировать кристаллы в процессе производства. Однако из-за малой мощности излучения (около 2 мВт) область их использования ограничена.

Компания Novalux (США) разработала относительно недорогие источники света для проекционных телевизоров, изготавливаемые по технологии NECSEL (Novalux Extended Cavity Surface Emitting Laser – лазер Novalux повышенной мощности с поверхностной эмиссией), являющейся дальнейшим развитием технологии VCSEL [51]. В нее заложен принцип получения мощного инфракрасного излучения на полупроводниках типа InGaAs (многослойные структуры из арсенида галлия с напряженными квантовыми ямами) и удвоения его частоты на нелинейных кристаллах из ниобита лития с периодической структурой

PPLN (Periodically Poled Lithium Niobate – периодический ниобат лития).

Структура светового излучателя NECSEL-типа показана на рис. 9.8. Данный лазерный диод состоит из p-n перехода, промежуточного слоя, в котором происходит рекомбинация электронов и дырок, и резонатора инфракрасного излучения, выполненного на двух зеркалах DBR (Distributed Bragg Reflector). Зеркало p-DBR со 100% отражением имеет тепловой контакт с основой (подложкой из окиси бериллия – BeO), обладающий высокой теплопроводностью. Расположенное над ним полупрозрачное зеркало n-DBR отделено от зеркала p-DBR областью усиления, содержащей квантовые колодцы, обеспечивающие эффективную излучательную рекомбинацию носителей. Базовый кристалл GaAs, на котором сформирована структура инфракрасного полупроводникового лазера, является одновременно тепловой линзой, фокусирующей излучение в область нелинейного кристалла и повышающей эффективность преобразования инфракрасного излучения в видимый свет. Внешний резонатор, настроенный на вто-

Рис. 9.8. Структура лазерного диода NECSEL-типа

рую гармонику инфракрасного излучения, то есть на длину волны выходного света, состоит из зеркала VBG (Volume Bragg Grating) и поверхности базового кристалла из арсенида галлия. Это позволяет использовать плоскую оптику и существенно упрощает производство. Нелинейный материал – периодический ниобат лития – используется для всех трех длин волны с небольшим изменением периода решетки. Никакие световые волноводы или сферические элементы не используются, что удешевляет производство. Изготовление излучателей NECSEL начинается с эпитаксиального наращивания на 4 пластине из арсенида галлия (GaAs) около тысячи структур лазерных диодов. Их можно проверить до разделения полупроводниковой пластины на отдельные кристаллы и установки массива на теплоотвод. Красный (621 нм), зеленый (532 нм) и синий (465 нм) цвета могут быть реализованы в едином блоке излучателей.

Для примера на рис. 9.9 приведена зависимость средней выходной мощности второй гармоники NECSEL-излучателя от амплитуды тока управления, из которой видно, что лазерный диод характеризуется довольно широкой, близкой к линейной, зоной управления. Эффективность преобразования мощности излучателей NECSEL, определяемая как отношение мощности излучения к потребляемой мощности, в настоящее время составляет 5…6%. Ожидается, что при серийном производстве для излучателей мощностью более 4 Вт она возрастает до 10%, что гораздо выше, чем у больших по размерам плазменных и ЖКдисплеев. Эксперименты показали, что массив инфракрасных лазерных диодов NECSEL из 225 штук (15 15), расположенных на площадке 5 5 мм, в режиме параллельной непрерывной работы всех излучателей генерирует световой поток мощностью около 80 Вт. При этом температура p-n переходов массива диодов изменялась в пределах не более 3 С.

Массивы лазерных диодов NECSEL излучают пучки света с круговой поляризацией и слабо расходящимися, почти параллельными лучами. Такой свет может быть с помощью четвертьволновой пластинки практически без потерь преобразован в свет с заданной линейной поляризацией и эффективно исполь-

Рис. 9.9. Зависимость средней мощности излучения лазерного диода от тока

зоваться для подсветки DMD-матрицы в проекционных DLP-телевизорах. Например, компания Mitsubishi (Япония) продемонстрировала разработанный ею лазерный DLP-телевизор проекционного типа, в котором нет цветного вращающегося светофильтра (Colorwheel), так как чередование цветов засветки микрозеркального чипа производится переключением компонентов (R, G, B) лазерного источника света Novalux. Причем лазерный HD-телевизор проекционного типа с размером экрана 55 (140 см по диагонали) имеет толщину 27 см. Одновременно компания Mitsubishi анонсировала свой новый 62 (157 см по диагонали) лазерный проекционный телевизор DLP-типа, сравнимый по толщине с плазменными дисплеями.

Одно из важнейших достоинств использования лазерных диодов в проекционных устройствах воспроизведения изображений заключается в высоком качестве цветопередачи.

Например, на рис. 9.10 показан локус и треугольник, очерчивающий палитру цветов лазерных источников света.

По данным различных источников ширина охвата локуса у проекционных дисплеев с лазерными источниками света достигает 90%. Дело в том, что основной характеристикой, определяющей правильность цветопередачи, является чистота первичных цветов R, G и B, из которых матрицированием формируется цветовая палитра проекционного изображения в целом. Чем стабильнее длины волн твердотельных излучателей R, G и B или уже полоса пропускания светоделительных фильтров, разделяющих световой поток на составляющие R, G и B, тем выше чистота первичных цветов и шире охват цветовой палитры зрения.

Рис. 9.10. Треугольник цветового охвата лазерных диодов

Часть III. АППАРАТУРА ТЕЛЕВИЗИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ ФОРМИРОВАНИЯ ВЕЩАТЕЛЬНЫХ ПРОГРАММ

10. СТУДИЙНЫЕ И ВНЕСТУДИЙНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПРОИЗВОДСТВА ТЕЛЕПРОГРАММ

10.1. Обобщенная функциональная схема программного телецентра

Телецентр представляет собой комплекс радиотехнических средств, предназначенных для формирования телевизионных программ для их вещания.

По назначению телецентры делятся на программные и ретрансляционные. Программные телецентры располагают собственными студиями и другими источниками телевизионных программ, они предназначены для создания и трансляции своих телевизионных программ. Ретрансляционные центры собственных телевизионных программ не создают, а служат для ретрансляции телевизионных сигналов, поступающих по спутниковым, радиорелейным и кабельным линиям связи. К этой группе относятся также маломощные телевизионные ретрансляторы, предназначенные для расширения зоны уверенного приема.

Обобщенная функциональная схема программного телецентра представлена на рисунке 10.1. В состав современных телецентров, как правило, входят один или несколько аппаратно-студийных блоков (АСБ), аппаратнопрограммных блоков (АПБ), аппаратные видеомонтажа (АВМ), телекинопроекционные аппаратные, центральная или вещательная аппаратная (ЦА или ВА), блок внестудийного вещания, приемная аппаратная внешних программ.

Основным технологическим звеном современного программного телецентра является АСБ, обеспечивающий подготовку передач, а на ряде телецентров и выдачу телевизионных программ в эфир. АСБ содержит практически все виды датчиков телевизионного сигнала: студийные телевизионные камеры, телекинопроекторы, диапроекторы, датчики универсальных электронных испытательных таблиц. Перечисленные источники телевизионных сигналов и соответствующая аппаратура управления, контроля и синхронизации, а также звуковое, осветительное и прочее оборудование размещены в телевизионной студии, телекинопроекционной, режиссерской и технических аппаратных. Кроме собственных датчиков сигналов в АСБ из центральной аппаратной (ЦА) могут быть предоставлены несколько телевизионных сигналов от «внешних» источников.

Роботизированные библиотеки данных на базе оптических дисков DVD, ленточных носителей, видеосерверы, накопители информации на основе карт

Рис. 10.1. Обобщенная функциональная схема программного телецентра

твердотельной памяти P2 часто сосредотачиваются с специализированном блоке записи и хранения, в котором осуществляется запись с электронным монтажом, воспроизведение и тиражирование, как отдельных видеофрагментов, так и целых телевизионных программ.

Весьма важной автономной производственной единицей телецентра является АПБ, предназначенный для формирования программ вещания в целом из отдельных, в основном заранее подготовленных фрагментов и трансляции этой программы на радиопередающую станцию или междугородную аппаратную внешних программ.

ЦА предназначена для контроля, коммутации и распределения сигналов телевизионных программ на радиопередатчик и телецентры, транслирующие центральные и создающие собственные программы. В ЦА коммутируют сигналы из кинопроекционных аппаратных, аппаратных видеомонтажа, приемной аппаратуры внешних программ, АСБ, АПБ, от собственных датчиков, например, генератора телетекста, устройства показа текущего времени. В ЦА располагаются рабочий и резервный синхрокомплекты.

Блок внестудийного вещания имеет в своем составе передвижные телевизионные станции (ПТС), передвижные телевизионные видеозаписывающие станции (ПТВС), телевизионные журналистские комплекты (ТЖК).

При полностью цифровых технологиях производства телепрограмм обработка телевизионных сигналов, их компрессия и декомпрессия, коммутация и мультиплексирование происходят в цифровой форме. Передача цифровых сиг-

налов от одного вида оборудования к другому производится с помощью цифровых интерфейсов.

Применение цифровых технологий дает возможность автоматизировать выдачу программ в эфир, передавать по одному каналу несколько программ, а в дальнейшем решить вопросы, связанные с созданием интерактивного телевидения. На телецентрах с полностью цифровым оборудованием характеристики каналов изображения и звукового сопровождения, обеспечиваемые на различных стадиях формирования программ, практически одинаковы. Поэтому сохраняются одни и те же значения параметров, как отдельных единиц оборудования, так и выходных параметров тракта в целом.

Особо следует отметить, что для контроля качества изображения на различных этапах формирования телевизионных программ в состав оборудования телецентра любого типа входят видеомониторы. Первый этап контроля качества изображения – телевизионная студия, последний – отдел технического контроля.

10.2. Основные принципы построения телевизионных студий

10.2.1. Классификация телевизионных студий

Важнейшим функциональным элементом технологического процесса телевизионного производства является студия. Так что же такое телевизионная студия? Это специально оборудованное помещение, предназначенное для постановки, проведения и съемки (видеозаписи, то есть консервации) различных телевизионных программ. Таким образом, студия – это первоисточник телевизионного изображения и звука. Именно в студиях находятся телевизионные и видеокамеры и микрофоны.

То, что производится в студии, то есть телевизионное изображение и его звуковое сопровождение, должны иметь «студийное» качество (есть такое понятие). Они должны обладать запасом качества, достаточным, чтобы выдержать без заметного ухудшения результирующих параметров все стадии подготовки телевизионных программ, а именно: запись, видеомонтаж, озвучивание, перегон и доставку к телезрителям.

Как правило, студии классифицируются в зависимости от их площади. В соответствии с таким подходом телевизионные студии делятся на студии малых форм, студии общественно-политических программ и студии больших форм.

Студия малых форм – это обычно небольшие павильоны площадью 40…60 м2, в которых ведутся съемки сюжетов с малым количеством действующих лиц (один – два человека), находящихся в неподвижном состоянии или с очень ограниченным перемещением в кадре.

В студии общественно-политических программ проводятся «круглые столы», беседы, дебаты с числом участников 15…20 человек. Для таких программ требуются помещения площадью 100…150 м2. И, наконец, студия больших форм – помещение, в котором можно снимать концерты, различные шоу, игры,

телеспектакли, то есть можно создать любую телевизионную программу. Площадь подобных студий бывает равной 400…1000 м2.

При проектировании телевизионных студий любой площади необходимо решить ряд технических проблем, важнейшими из которых являются вопросы обеспечения необходимой освещенности, кондиционирования и вентиляции, требуемых акустических параметров.

10.2.2. Системы постановочного освещения телевизионных студий

Основные принципы построения систем постановочного освещения телевизионных студий. При подготовке и проведении телевизионных передач освещение играет важную роль, так как какой бы совершенной ни была используемая аппаратура, высококачественное телевизионное изображение невозможно получить без правильного освещения передаваемого объекта.

Роль освещения можно условно разделить на две составляющие:

количественную, то есть система постановочного освещения (СПО) телевизионной студии должна обеспечить уровни освещенности, необходимые для работы телевизионной камеры в номинальном режиме и иметь определенный спектральный состав излучения;

качественную – должна быть обеспечена возможность создания так называемого художественного света для выполнения творческих замыслов режиссера и оператора.

Построение освещения рассчитывается на массового зрителя так, чтобы его заинтересованность сохранилась на протяжении всей телевизионной передачи. Для этого потребуется по меньшей мере создавать яркое, разноцветное динамическое освещение, меняющееся по цвету и положению освещаемых участков по всей сцене и неизменным световым акцентом на главном персонаже в его движении. Для привлечения внимания телезрителей разнообразием цветовых и световых эффектов следует применять программируемое управление светом.

По операторскому применению используемые в СПО телестудий осветительные приборы подразделяются следующим образом [52, 53]:

рисующего света;

выравнивающего света;

моделирующего света;

контрового света;

заполняющего света;

фонового света;

для спецэффектов.

Рисующий (ключевой) свет служит для создания основного изобразительного решения кадра. Рисующий свет создается в основном прямо направленным от прожекторов узким пучком света, который точно движется вместе с главным исполнителем. Для этого используются прожектора с линзами Френе-

ля. Они размещаются под углом 30˚…60˚ к объекту по горизонтали и вертикали.

Выравнивающий свет (подсветка) – освещение теневой стороны объекта для создания необходимого соотношения между его светлыми и теневыми участками. Для выравнивающего света так же используются прожектора с линзами Френеля, расположенные под углом до 60˚ к объекту по горизонтали и вертикали.

Моделирующий свет – освещение относительно небольшого участка теневой стороны объекта, создание пятен и бликов необходимой формы для подчеркивания деталей. Для создания моделирующего света используются прожектора с линзами Френеля, часто напольные.

Контровой свет – служит для обрисовки световым контуром элементов объекта, подчеркивая его глубину и отделяя объект от фона. Для создания контрового света используются прожектора с линзами Френеля, расположенные сзади и сверху объекта на расстоянии 0,6…0,8 м. От фона под углом 45˚…60˚ к горизонтальной плоскости.

Заполняющий (грунтовый) свет – это мягкий, равномерный свет на всей игровой площадке студии, устраняющий тени, смягчающий контраст, который создает рисующий свет. В цветном телевидение необходимо мягкое освещение со значительной долей заполняющего света, поэтому его роль в создании художественного света велика. Заполняющий свет не должен быть излишне ярким, чтобы была возможность для цветовых и световых контрастов, создаваемых фоновым и контровым источниками света. Для создания заполняющего света используются осветительные приборы рассеянного (бестеневого) света и приборы направленно-рассеянного света, что нерационально. Осветительные приборы располагаются параллельно оптической оси объектива камеры или под небольшим углом к ней.

Фоновый свет – освещение фона, стен, задников. Особенно важен при работе электронной рир-проекции (хрома кей), неравномерность освещенности в этом случае должна быть не менее 0,8. Для создания фонового света используются специальные осветительные приборы с несимметричным светораспределением типа «Кососвет». Осветительные приборы располагаются на расстоянии 1,5…2,0 м от фона на уровне верха фоновой дороги.

Каждый оператор становится в некотором смысле художником, формируя картинку в кадре и расставляя осветительные приборы, только он рисует светом. И, как известно, настоящему художнику время от времени требуется тонкая кисть, чтобы проработать определенные детали и расставить акценты. Вот тут-то у оператора и возникают определенные трудности, связанные с отсутствием этой «тонкой кисти».

Существующие осветительные приборы, зачастую, не позволяют успешно решать проблему «тонкой кисти». Реально на помощь в этой и ряде других ситуаций приходит осветительный прибор Dedolight, представляющий собой подвижную трехкомпонентную систему, состоящую из высококачественного зер- кала-отражателя, низковольтной кварцево-галогенной лампы и менисковой

линзы со специальным покрытием, перемещающуюся внутри корпуса. Такой вариант светооптической схемы позволяет резко уменьшить потери светового потока, одновременно достигая беспрецедентного для осветительной техники соотношения фокусировки пучка 1:25. Две специально разработанные линзы, в выпуклую поверхность которых интегрирована структура из большого количества микролинз, отчего они на первый взгляд кажутся матовыми, формируют исключительно равномерный световой поток. Поэтому тени от освещаемых предметов имеют очень четкие границы без каких-либо цветных окантовок. Углы регулировки пучка меняются в пределах от 4 до 54 градусов, что значительно превосходит параметры подобных френелевских осветительных приборов.

Dedolight в узком пучке при мощности 100 Вт создает световой поток, эквивалентный световому потоку типового прибора с линзой Френеля мощностью 300 Вт или 800 Вт обычного прибора с рефлектором. Причем отношение площади светового потока, создаваемого узким пучков к площади, создаваемой широким равно приблизительно 1/25, в то время как классические приборы с линзой Френеля имеют отношение 1/4 (самые лучшие 1/7).

Габариты и вес Dedolight намного меньше, чем у френелевских приборов с эквивалентной светоотдачей.

Осветительные приборы для спецэффектов представляют собой от-

дельную группу устройств, к которым относятся следящие прожектора и устройства, создающие различные световые эффекты [53].

Таким образом, для создания каждого из элементов художественного света должны использоваться следующие, строго определенные, типы осветительных приборов:

прожектора с линзами Френеля;

приборы рассеянного света;

специальные осветительные приборы типа «Кососвет»;

осветительные приборы для световых спецэффектов, например,

Dedolight.

В СПО должны применяться специальные источники света со строго нормируемой цветовой температурой излучения. Фактически в телевидении используются четыре типа источников света (лампы): кварцевогалогенные (КГЛ), металлогалогенные (МГЛ) и люминесцентные (ЛЛ), а также светодиоды.

Кварцевогалогенные лампы представляют собой лампы накаливания с телом накала из вольфрама, расположенном внутри кварцевой колбы, заполненной инертным газом или газами из группы галогенов. Присутствие галогенов тормозит испарение вольфрама, что увеличивает срок службы до 2000 часов. Кроме того, увеличивается светоотдача, а цветовую температуру можно поднять до 3400˚ К (в номинальном режиме 3200˚ К). Светоотдача у кварцевогалогенных ламп составляет в среднем 20 лм/Вт при сроке службы 150…300 часов.

Питание ламп осуществляется переменным и постоянным током. Номинальные напряжения 12, 24, 36 и 220 В.

Световой поток лампы можно менять путем изменения питающего напряжения, но при этом соответственно меняется цветовая температура.

Спектр излучения кварцевогалогенных ламп сплошной, близкий к спектру черного тела. Излучение можно считать непрерывным во времени.

Металлогалогенные лампы являются газоразрядными, поскольку свечение происходит от дугового разряда, происходящего в колбе с парами ртути. Линейчатый спектр ртути сглаживается добавками галогенидов металлов.

Металлогалогенные лампы выдают самые большие световые потоки. Потребляемые мощности разных типов лежат в широком диапазоне: 0,15…18 кВт. Цветовая температура оставляет 5500˚ К…6000˚ К. Светоотдача металлогалогенных ламп доходит до 90 лм/Вт при сроке службы до 6000 часов. Причем световой поток можно менять в пределах 50…100% без изменения цветовой температуры. Для этого используются диммеры, то есть тиристорные блоки управления.

Питание осуществляется через специальные блоки (балласты), которые бывают магнитными и электронными.

Люминесцентные лампы («холодный свет») тоже газоразрядные, но с низким давлением паров ртути. Свечение исходит из люминофора, которым покрыты стенки колбы в виде ртути, а возбуждается люминофор от электрического разряда в парах ртути.

В отличие от обычных люминесцентных ламп, имеющих линейчатый спектр излучения, студийные лампы, например, лампы Fluxlite (франц. фирмы Balcar, Osram), имеют исправленный спектральный состав излучения, исключающий появление зеленых оттенков в изображении. Кроме того, лампы питаются высокочастотным током (56 кГц), поэтому «не шумят» и исключают появление «мигания» изображения (фликкер-эффекта).

Люминесцентные лампы характеризуются одной из самых высоких эффективностей – около 60% поступающей на блок питания энергии превращается в свет. В среднем светоотдача у люминесцентных ламп составляет 80 лм/Вт при сроке службы 10000…15000 часов. Поэтому они в несколько раз более эффективны по сравнению с источниками света КГЛ типа. Например, светильник на люминесцентных лампах мощностью 300 Вт дает столько же света, сколько френелевский прожектор мощностью 1200 Вт. При этом лампы холодны на ощупь. Отсюда устоявшееся название «холодный свет». Лампы выпускаются на цветовую температуру 3100˚ К или 5500˚ К при условии их взаимозаменяемости. Световой поток можно менять в пределах 1…100% без изменения цветовой температуры.

Питание люминесцентных ламп осуществляется через балласты, называемые также пускорегулирующими аппаратами (ПРА), которые монтируются рядом с лампами в корпусе.

Светодиоды с энергетической эффективностью в шесть раз более высокой, чем у традиционных источников света на основе ламп накаливания (квар- цево-галогенных ламп).