(от греч. ἀκούω (аку́о) - слышу) - наука о звуке, изучающая физическую природу звука и проблемы, связанные с его возникновением, распространением, восприятием и воздействием.

Акустическая система – это электрическое устройство (рис. 2), предназначенное для преобразования тока переменной частоты в звуковые колебания при помощи электро-акустического преобразования.

Громкоговоритель, динамик, динамическая головка (рис. 3) – основной элемент акустической системы, который, собственно, и преобразует ток переменной (звуковой) частоты в звуковые колебания или, просто, в звук.

Звуковой сигнал можно представить, как совокупность различных синусоидальных составляющих. Каждая составляющая характеризуется рядом параметров (рис. 4):

Звуковой диапазон от 20 до 20000 Гц (примерно) – это звук, который мы слышим. Естественно, это усреднённый интервал, и у каждого человека он индивидуален.

Громкость звука определяется амплитудой сигнала (рис. 5). Чем выше амплитуда звуковой волны, тем больше громкость.

Звуковое давление – это переменное избыточное давление, возникающее в упругой среде при прохождении через неё звуковой волны.

Высота звука определяется частотой звуковой волны (или, периодом волны). Чем выше частота, тем выше звучание и, соответственно, наоборот (рис. 6).

Тембр звука – это «окраска звука». Дело в том, что звуки различных источников (музыкальные инструменты, голоса людей) представляют собой совокупность гармонических колебаний разных частот. Составляющая наибольшего периода (наименьшей частоты) называется основным тоном. Высота сложного звука определяется именно высотой его основного тона. Остальные составляющие сложного звука называют обертонами (у них высота больше, чем у основного) – рис. 7. Набор этих составляющих и создаёт «краску», тембр звука.

Динамический диапазон звука – это диапазон между самым тихим уровнем, и самым громким .

Инфразвук (от лат. infra - ниже, под) - упругие волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту ниже воспринимаемой человеческим ухом. За верхнюю границу частотного диапазона инфразвука обычно принимают 16-25 Гц. Нижняя же граница инфразвукового диапазона условно определена как 0,001 Гц. Практический интерес могут представлять колебания от десятых и даже сотых долей герц, то есть с периодами в десяток секунд.

Ультразвук – это упругие колебания и волны с частотами приблизительно от 1,5- 2 ×104 Гц (15-20 кГц) и до 109Гц(1 ГГц). Ультразвуковую область частот подразделяют на три подобласти: ультразвук низких частот (1,5×104-105 Гц) - УзНЧ, ультразвук средних частот (105 - 107 Гц) - УзСЧ, ультразвук высоких частот (107-109 Гц) - УзВЧ. Каждая из этих подобластей характеризуется своими специфическими особенностями генерации, приёма, распространения и применения.

Гиперзвук – это упругие волны с частотой от 109 до 1012-1013 Гц. По физической природе гиперзвук ничем не отличается от ультразвука.

2. Воспроизведение звука
Для того, чтобы в воздухе возникла звуковая волна, необходим источник звуковых колебаний – некое тело или система тел, которые совершают механические колебания с частотой от 20 Гц до 20 кГц. Таким источником является, например, динамический громкоговоритель (динамик) – рис.3.

Динамический громкоговоритель (рис. 8) состоит из диффузора 6, дифузородержателя 5, центрирующий шайбы 4, звуковой катушки 3, и магнитной системы 1, 2, 8. Бумажный конус-диффузор 6 приклеен к металлическому или пластмассовому дифузородержателю 5 своим краем (гофром) 7 и центрирующий шайбой 4, назначение которой – центрировать положение звуковой катушки 3 в зазоре магнитной системы. Кольцевой магнит 2 и сердечник 1 (так называемый керн) приклеены к дифузородержателю 5 и шайбе из мягкого железа 8. Между керном 1 и магнитом 2 является зазор 0,5-2,0 мм, в котором создается сильное магнитное поле. На бумажном кольце, приклеенном к узкой части диффузора, намотанная тонким изолированным проводом (40-80 витков), звуковая катушка 3. Концы катушки приклеены к диффузору и соединены гибким проводом с выводами.

Принцип действия громкоговорителя очень прост и основан на явлении движения проводника с током в магнитном поле. На этот проводник действует сила Ампера. Если по звуковой катушке протекает переменный ток звуковой частоты, то соответственно меняется сила Ампера, действующая со стороны магнитного поля постоянного магнита. Катушка совершает колебания и вместе с ней совершает колебания диффузор, который и создаёт звуковую (поперечную) волну в воздухе – рис. 9.

Сам по себе динамик не может качественно воспроизвести звук . Для этого его надо поместить в полый корпус, и тогда динамик, установленный в корпусе будет представлять собой акустическую систему. Параметры корпуса (размеры, толщина стенок, расположение динамика, фазоинвертор и т.д.) должны быть рассчитаны по специальным формулам .
Всем известно, что для воспроизведения определённого диапазона частот используются разные динамики: низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные. Есть динамики, которые называют широкополосными, но это – иллюзия. Ни один динамик не может качественно воспроизвести весь звуковой диапазон.

4. СТЕРЕОФОНИЯ
С точки зрения физики пространственная звуковая картина, которую воспринимает человек , является следствием интерференции звуковых волн. Причём, повторяю, анализатором звуковой картины является мозг.
Первые эксперименты 30-х годов ХХ века по получению объемного звучания (с помощью трех-семи каналов) дали удивительные результаты. Было установлено, что при воспроизведении даже 2-х раздельных каналов субъективное качество звука резко улучшается. А самое поразительное заключается в том, что эксперты предпочитали стереозвук даже в тех случаях, когда им предъявляли объективно более качественные, но монофонические фонограммы. Решающим преимуществом стала возможность пространственной локализации кажущихся источников звука. См. рис. 27 – распределение кажущихся источников звука на стереопанораме .

На начальном этапе разработчики решили ограничиться двумя каналами. Это, конечно, в первую очередь было обусловлено небогатыми возможностями аппаратуры тех времен: грампластинки реально позволяли разместить только два полноценных канала.
Стереозвук дает некоторую прозрачность звучания: партии отдельных инструментов становятся более различимыми на фоне оркестра. Кроме того, стереосистема способна воспроизвести подобие звуковой атмосферы помещения, в котором выполнялась запись. Началась эра 2-канальных стереофонических систем. Постепенно появились стереофонические грампластинки и стереопроигрыватели, стереомагнитофоны, стереофоническое радиовещание.
В свою очередь стереозвучание имеет существенный недостаток. Стереопанорама ограничена углом между направлениями на громкоговорители и получается плоской. Такое звучание лишено естественности реального звукового поля, когда человек способен воспринимать реальные источники практически со всех направлений и оценивать расстояние до источников звука. Создающееся у слушателя ощущение объемного звучания могло бы существенно обогатить тембры музыкальных инструментов и голосов певцов. При этом можно было бы имитировать реверберационный процесс , свойственный помещению, в котором произведена запись.
Одной из первых попыток преодоления недостатков, присущих стереофоническим системам, стала квадрофония. Для воспроизведения квадрофонических фонограмм используются 4 акустические системы: см. рис. 28 – распределение кажущихся источников звука на квадропанораме.
Первые бытовые квадросистемы появились в начале 70-годов прошлого века. Казалось, что их ждет славное будущее. Однако этого не произошло. Причин тому есть несколько. Одна из них традиционна для многих новинок техники и заключается в том, что производители квадрофонической аппаратуры так и не смогли прийти к единому стандарту записи и воспроизведения 4-канального звука. Свою роль сыграли несовершенство и большая стоимость аппаратуры четырехканальной записи-воспроизведения. Но главное заключается в другом: с переходом от «стерео» к «квадро» в те времена новое качество звука не возникло. Квадрофонические системы, так же как и стереофонические, не обеспечивали полной передачи свойств реального звукового поля. Недостатков было только два, но они существенны:

Следует заметить, что эти недостатки обусловлены не столько ограниченными возможностями четырехканального воспроизведения звука, сколько трудностями реализации панорамирования кажущихся источников звука при записи. При подготовке фонограмм для современных многоканальных систем этот фактор учитывается. Важную роль при этом играет компьютер, способный справиться с моделированием объемных реверберационных процессов и предоставляющий звукорежиссеру удобные регуляторы для перемещения источников звука по круговой панораме.
Но в те далекие времена квадрофония отступила, а стереофония победила и стала развиваться по линии миниатюризации аппаратуры, улучшения ее технических и потребительских качеств, перехода к новым носителям: компакт-кассетам и компакт-дискам. Перед звукозаписывающими компаниями и производителями аудиоаппаратуры все еще существовал широчайший фронт работ и ёмкий рынок сбыта. В который раз они предлагали слушателям смену фонотек. Накопленный на грампластинках за предшествующие десятилетия музыкальный материал, обновленный и адаптированный сначала под монофонические катушечные магнитофоны, затем реализованный на компакт-кассетах в стереоформате, в очередной раз предлагался меломанам, но теперь уже на лазерных дисках.

5. ПРОЩАЙ, СТЕРЕОФОНИЯ?!
Однако в самом конце XX века стереофония, кажется, все-таки начала сдавать свои позиции. Цифровые технологии записи звука, а также ёмкие, удобные и дешевые носители сняли ранее существовавшую проблему хранения многоканальных фонограмм большой длительности. Кроме того, в звуке, передающем акустические свойства окружающего пространства, появилась острая потребность. Виртуальные графические миры компьютерных игр становятся все более сложными и похожими на реальность, а значит, требуют и адекватного звукового оформления. Кинематограф, переживший кризис в состязании с телевидением, возродился в виде домашних кинотеатров и кинозалов нового формата, основное отличие которых от предшественников кроется не в изображении, а в принципиально новом звуке (хотя и качество изображения тоже улучшилось, благодаря DVD и современным проекционным средствам).
Новая эра в звукозаписи началась в результате исследований, выполненных инженерами Dolby Laboratories . Это был принципиально новый подход к передаче многоканального звука. Отличие от традиционного способа заключалось, прежде всего, в том, что для хранения аудиосигналов двух дополнительных каналов использовалось матричное кодирование, т.е. их подмешивание к основным двум каналам. Изменился и способ размещения акустических систем: дополнительно к традиционному для квадрофонии расположению акустических систем по углам помещения добавлен центральный канал, размещенный между правым и левым фронтальными каналами, чтобы сохранить широкую стереобазу для зрителей, сидящих на боковых местах, а за спинами размещен канал эффектов (Surround). Так появилась система нового кинотеатрального звучания Dolby Stereo . См. рис. 29 – размещение излучателей звука в системе Dolby Stereo.
Как уже было сказано, этот четырехканальный формат является матричным форматом, при котором звук, предназначенный для каждого из четырех каналов, кодируется и записывается на два канала, а при воспроизведении декодируется вновь в четыре канала: левый, центральный, правый и задний. Сигнал заднего канала, как правило, направляется на две тыловые акустические системы одновременно. Впервые формат Dolby Stereo был применен в фильме "Star Wars" в 1975 году.

Системой воспроизведения совершенно нового качества, совместимой со старым стандартом звукозаписи, стала система Dolby Pro Logic . В ней был применен декодер, реализующий пространственную фокусировку звуковых образов: технологию, используемую для снижения взаимного проникновения сигналов одного канала в другой. В Dolby Pro Logic также появилась возможность создавать задержку звукового сигнала в тыловом канале. Тем самым было обеспечено согласование геометрических и акустических характеристик конкретного помещения с характеристиками «эталонного кинозала», под который при производстве сводился мультитрековый звук. Очень важно, что к настоящему времени накоплено огромное количество музыки, фильмов, телепрограмм, записанных на различных современных носителях со звуком в формате Dolby Pro Logic. А потом наступила эпоха цифрового кодирования и цифровой записи многоканального объемного звука, и появилась система Dolby Digital . Для кодирования цифрового звука в ней используется алгоритм, называемый АС-3 (Dolby"s third generation audio coding algorithm – алгоритм кодирования звука Dolby третьего поколения). АС-3 представляет собой алгоритм компрессии многоканального звука (количество независимых каналов от 1 до 6) с потерями. Достижения в области психоакустики , учитывающие особенности человеческого слухового аппарата, используются в нём для принятия решения о том, какую часть информации в аудиосигнале можно отбросить, чтобы это было не очень заметно для человеческого уха. При кодировании алгоритмом АС-3 могут использоваться битрейты от 32 Кбит/с (для одного монофонического канала с минимальным качеством) до 640 Кбит/с (для каналов 5.1 с минимальными потерями качества). Типичный битрейт для 5.1 записей составляет 385 Кбит/с.
Используется сжатие данных с потерями, однако качество звука все равно получается выше, чем у предшествующих аналоговых систем.
Dolby Digital может обеспечить кодирование до 6 каналов в формате 5.1 , где 5 – это каналы с полным частотным диапазоном (20 – 20 000 Гц) и .1 – канал низкочастотных (менее 120 Гц) эффектов (LFE).
Объемность акустических сцен, более четкая детализация, естественность перемещений источников звука из фронтальной области в тыловую, стереофоническое звучание в тыловой области – все это обеспечило успех системы.
Обозначение «5.1 » указывает на количество каналов, но не несет в себе информации о каком-либо определённом способе кодирования многоканального звука. Используется пять каналов с полным частотным диапазоном (левый передний, центральный, правый передний, левый задний и правый задний), а также один низкочастотный канал (с диапазоном от 3 до 120 Гц), подключаемый к сабвуферу (рис. 30 - размещение излучателей звука в системе 5.1).
В этой системе 5.1 формируется круговая стереопанорама. Поскольку на сверхнизких частотах наш слух практически лишен способности определять направление на источник звука, место расположения сабвуфера не имеет существенного значения.
Сабвуфер применяется и в обычных стереосистемах. В его канал подается низкочастотная часть спектра суммарного сигнала стереоканалов, в результате чего обеспечивается гарантированное воспроизведение басовых звуков. Однако в системе 5.1 канал низкочастотных эффектов играет особую роль. Его стоит рассматривать не как низкочастотную компоненту многополосной акустической системы, а именно как независимый канал низкочастотных эффектов.
По мнению специалистов, формат 5.1 является наиболее перспективным, поскольку поддерживается основными разработчиками. Важно, что имеются подходящие носители (DVD).
И хотя пока не принят единый стандарт и одновременно существует несколько систем кодирования для 5.1, однако фиаско «первобытной» квадрофонии вряд ли повторится, даже если «выживет» не одна, а несколько различных систем кодирования. Принципиальное отличие формата 5.1 от квадрофонии тридцатилетней давности заключается в том, что в данном случае аудиосигнал имеет цифровую форму, поэтому создание универсального декодера, способного работать со звуком, закодированным различными системами, не вызовет особых трудностей и не приведёт к заметному удорожанию аппаратуры.
В успехе формата 5.1 заинтересованы производители аудио-, видеоаппаратуры, компьютеров, компьютерных комплектующих и программ. К нему с интересом относятся потребители: зрители, слушатели, геймеры. Звукорежиссеры и музыканты находят в этом формате новые выразительные средства для реализации творческих замыслов и усиления влияния на наши эмоции. Формат действительно придает воспроизводимому звуку новое качество: слушатель окружен им. Правда, виртуальный звуковой мир и в этом случае не дотягивает до реального. В синтезированном звуковом пространстве источник звука может находиться справа, слева, спереди, сзади, перемещаясь в этих «координатах». А у настоящего звукового пространства, кроме того, есть еще «верх» и «низ».

6. Некоторые выводы

• «Стереофоническое» и «пространственное» звучание – это совсем не одно и то же, хотя само слово «СТЕРЕО» переводится с греческого как «ПРОСТРАНСТВО». Но, как мы видим, одно дело – назвать эффект или процесс, и совсем другое – реализовать его практически.
• Почти за 80 лет борьбы за «реальный» звук, системы воспроизведения прошли несколько этапов:
• ПСЕВДОстерео – это когда один сигнал в одной (или нескольких) звуковой колонке воспроизводился через разделительные фильтры различными динамиками;
• КВАЗИстерео – это когда один сигнал искусственно разделялся на два с разными параметрами, затем каждый из них усиливался своим усилителем и воспроизводился свой звуковой колонкой, как в предыдущем случае;
• СТЕРЕО – когда два сигнала записывались отдельно, воспроизводились отдельно, и каждый из них усиливался своим усилителем и воспроизводился свой звуковой колонкой, как в предыдущем случае;
• ПСЕВДОквадро – когда стереосигнал каждого канала с ослаблением подавался на соответствующие тыловые колонки, левую и правую;
• КВАЗИквадро – когда стереосигнал подвергался специальной обработке с помощью приставки и далее подавался на соответствующие тыловые колонки, левую и правую;
• КВАДРО – когда четыре сигнала записывались отдельно, воспроизводились отдельно, и каждый из них усиливался своим усилителем и воспроизводился свой звуковой колонкой, двумя фронтальными и двумя тыловыми;
• Dolby Stereo à Dolby Pro Logic à Dolby Digital.
• Ни одна, даже самая современная система не может создать реальную звуковую панораму.

Акустика - у этого термина есть и другие значения.

Не совсем правильное, зато довольно простое и понятное определение динамического диапазона .

Диффузор громкоговорителя при движении вперёд сжимает воздух впереди себя и разрежает его сзади. Такие сжатия и разрежения воздуха равномерно распределяются впереди и сзади диффузора. Огибая диффузор, они «накладываются» друг на друга и взаимно уничтожаются. При движении назад получается та же картина. Такой эффект называется акустическим «коротким замыканием ». Вместо того, чтобы передавать звуковые колебания диффузор перегоняет воздух с одной стороны на другую.

Математический расчёт акустических систем выходит далеко за пределы данной статьи.

Коронирующий электрод – это электрод, на котором возникает коронный электрический разряд.

Появился так называемый «широкий » или «широкоформатный » экран, который используется сейчас во всех кинотеатрах.

Ухо человека и весь слуховой аппарат служат ТОЛЬКО для передачи звуковых сигналов в мозг. Именно мозг обрабатывает и формирует в человеческом сознании пространственную (объёмную, стереофоническую) звуковую картину.

Звуковая панорама - это область пространства, в которой располагаются источники звука.

Реверберация - это процесс постепенного уменьшения интенсивности звука при его многократных отражениях от различных предметов в помещении. Практически этот эффект легко ощутить в пустом помещении – многократное отражение от стен.

Я лично с этим не согласен . Когда я слышал качественную квадрофоническую запись, я ощущал себя внутри оркестра. Может быть, мне это казалось, потому что я знал, что должен был услышать.

Возможно это и так , но по глубине (дальше-ближе) я различал источники звуки. А вот что выше или ниже – этого действительно не было.

Психоакустика - научная дисциплина, изучающая психологические и физиологические особенности восприятия звука человеком.

Термин битрейт используется в двух основных значениях:
- характеристика канала или устройства - максимальное количество бит, которое можно передать в единицу времени;
- величина потока данных, передаваемого в реальном времени (минимальный размер канала, который сможет пропустить этот поток без задержек). Частный случай - битрейт сжатого звука или видео.

Динамический диапазон определяет максимальное изменение уровня звука в аудиоматериале, он выражается в децибелах и равен разности между самой громкой и самой тихой частью аудиоматериала. Иногда на фоне шумов самая тихая часть музыкального фрагмента может оказаться неслышимой, в этом случае динамический диапазон будет определяться разностью между самой громкой частью музыкального произведения и уровнем шумов.

Динамический диапазон используется и для характеристики звуковых систем. Любая звуковая система имеет собственный шум, являющийся остаточным электронным шумом системы. Динамический диапазон звуковой системы равен разности между пиковым уровнем звука на выходе и уровнем внутренних шумов.

Динамический диапазон рок-н-рольной музыки

Для рок-н-рольной музыки характерен самый широкий динамический диапазон. Уровень звукового давления у микрофонов (не в аудитории) на таких концертах может изменяться от 40 дБ (что соответствует шуму в аудитории при кратковременных паузах в исполнении, улавливаемому микрофоном) до 130 дБ (это выше болевого порога, но звуки такой громкости исполнители издают в микрофон, а до слушателей они доходят менее громкими). Чтобы определить динамический диапазон такого концерта, следует из пикового уровня звукового давления вычесть уровень шумов:

Динамический диапазон = Пиковый уровень - Уровень шумов = 130 дБ - 40 дБ = 90 дБ.

Примечание. дБ - это отношение двух сигналов, и в этом случае мы описываем, как соотносятся сигналы 130 дБ SPL и 40 дБ SPL. Разница между ними составляет 90 дБ, но данное значение никак не связано с уровнем звука 90 дБ SPL, отнесенного к 0,0002 дин/см2. Динамический диапазон всегда указывается в дБ, его никогда не следует выражать в единицах дБ SPL, дБm, дБu, отнесенных к какому-то абсолютному значению.

Электрический динамический диапазон звуковой системы

Электрический уровень сигнала звуковой системы (в дБu) пропорционален уровню звукового давления (в дБ SPL) у микрофона. Реальные уровни электрического сигнала, определяются чувствительностью микрофонов, уровнем усиления предусилителей мощности и другой аппаратурой, но эти величины являются постоянными и соответствуют тем, что приведены в спецификациях.

При уровне звукового давления у микрофона 130 дБ SPL максимальные линейные уровни на выходе микшерного пульта могут достигать +24 дБu (12,3V), а максимальные уровни на выходе каждого усилителя мощности - пиковых значений 250 Вт (подобных усилителей может быть и несколько). При уменьшении уровня звука до 40 дБ SPL минимальный линейный уровень уменьшается до 66 дБu (388 мV), а уровень сигнала на выходе усилителя мощности снижается до 250 нВт.

При этом динамический диапазон аудиоматериала на выходе микшерного пульта остается таким же, как у сигнала, снимаемого с микрофона:

Динамический диапазон = Пиковый уровень - Уровень шумов = +24 дБu - (-66 дБu) = 90 дБ.

А что можно сказать относительно динамического диапазона на выходе усилителя мощности? Как соотносятся в децибелах 250 Вт и 250 нВт можно легко рассчитать:

дБ = 10 log (P1/P0)= 10 log (250/0,000000250) = 10 log (1000000000) =10 · 9 = 90 дБ.

Соответствие величин дБ SPL и дБu, дБm или дБW сохраняется на всех участках звуковой системы от источника звука у микрофона до выхода на систему громкоговорителей. При изменении уровня звука на 90 дБ, электрическая мощность изменится на столько же. В электрической цепи, которая возбуждается данным звуком (предполагается, что усиление носит линейный характер, т.е. в системе не применяется компрессия, эквализация, ограничение и отсечку сигналов) разность между двумя уровнями звукового давления, выраженная в децибелах, всегда соответствует разности мощностей в дБm или разности напряжений в дБu. Такое соотношение характерно для систем любого типа: звукоусиления, звукозаписи, вещательных.

Акустический динамический диапазон системы

Мы описали динамический диапазон аудиоматериала, который поступает на микрофон, и динамический диапазон электрического сигнала, который проходит через микшерный пульт и усилители мощности, а что можно сказать относительно звука на выходе системы громкоговорителей? Как вы, наверное, могли бы уже предположить, он должен иметь такой же динамический диапазон. Если громкоговорители не в состоянии передать полный динамический диапазон, то они не смогут воспроизводить самые низкие уровни мощности, либо будут искажать звук на пиковых уровнях сигнала (эти недостатки могут присутствовать одновременно). Реальные уровни звука, которые должны воспроизводить громкоговорители определяются расстоянием между ними и публикой, а также требуемой громкостью звучания. Предположим, что мы не хотим, чтобы у наших слушателей лопнули барабанные перепонки, и за достаточный для точной передачи исполнения пиковый уровень принимаем 120 дБ SPL. В этом случае на данной сценической площадке громкоговорители должны сообща генерировать 130 дБ SPL (если вы проведете необходимые расчеты, то получите именно это значение). Мы также знаем, что, если громкоговорители генерируют 130 дБ SPL на пиках, то они смогут поддерживать 40 дБ SPL на самых тихих фрагментах, т. е. обеспечивать заданное значение динамического диапазона 90 дБ.

Нам известно, что звуковая волна, соответствующая пиковому уровню, ослабляется в процессе распространения на 10 дБ (т.е. со 130 дБ SPL до 120 дБ SPL). Но точно также будет снижаться и уровень звукового давления, соответствующий тихим фрагментам (с 40 дБ до 30 дБ), и публика может их не услышать, так как в этом случае уровень звука становится ниже уровня шума в зрительном зале. Именно поэтому часто применяют электронную регулировку динамического диапазона, включающую компрессию самых громких пиков, в результате которой повышается общий уровень звуков, и тихие фрагменты звучат громче.

Максимальное звуковое давление, создаваемое источником звука, равно 2 Па, минимальное 0,02 Па. Определите динамический диапазон источника звука и допустимый уровень шумов в помещении, если уровень шума меньше уровня сигнала на 20 дБ

N max- N min= 20 Lg = 20 Lg= 40 дБ

20 Lg = 20 дБ

P= = Па

Ответ: Dc= 40 дБ,P= Па

)Перечислите основное оборудование студий звукового вещания.

Студией называется акустически обработанное помещение, предназначенное для создания различных вещательных передач. Студии звукового вещания делятся на большие, средние и малые концертные (музыкальные), речевые, литературно-драматические студии. Каждая студия должна иметь оптимальные акустические характеристики. Стены, пол, потолок студии покрывают звукопоглощающими материалами.1.Пористый поглотитель - высокочастотный поглотитель2.Резонансный поглотитель - низкочастотный поглотитель3.Перфорированные конструкции - изменяя шаг перфорации, диаметр, толщину, расстояние, можно в широких пределах изменять частотную характеристику коэффициента поглощения. Студии оборудуются микрофонами, пультами диктора и контрольными громкоговорителями. При студиях оборудуются аппаратные, совместно образующие аппаратно студийный блок.Если студия используется для звукозаписи и вещания, то при ней оборудуется две студийные аппаратные: записи и вещания.В аппаратные для записи устанавливают пульт звукорежиссера, записывающие устройства и контрольный громкоговоритель.Вещательная аппаратная образуется пультом звукорежиссера, а так же устройствами коммутации и сигнализации о готовности последующего вещательного тракта к началу вещания.

) Опишите принцип действия и работу микрофона, применяемого в студиях для записи речи.

Микрофон - можно сказать основное звуковое устройство. Он занимается тем, что преобразует колебания звука в электроэнергию, точнее в колебания тока.Микрофоны в основе своей состоят из механико-электрической системы и акустико-механической части. Система преобразования в микрофонах развивалась с годами и выделила несколько типов микрофонов:· Конденсаторные;· Динамические;· Ленточные;

Конденсаторный микрофон

Рисунок 1. Конденсаторный микрофон

Более научно - электростатические микрофоны, в свою очередь, делятся на конденсаторные ламповые микрофоны и конденсаторные транзисторные микрофоны (по типу применяемого усилителя). А транзисторные микрофоны делятся на электретные микрофоны (они чаще работают от батареек) и обычные конденсаторные (они чаще работают от фантомного питания). Строго говоря, электретный микрофон тоже может быть ламповым, и подобные эксперименты проводились лично автором (и не безуспешно), но, в силу того, что в основной своей массе электретные капсюли по характеристикам хуже классических конденсаторных, промышленного производства электретных ламповых микрофонов, скорее всего, не существует.

В отличие от динамических, конденсаторные микрофоны устроены по принципу конденсатора. Капсюль конденсаторного микрофона не вырабатывает электричества, сколько бы мы его ни болтали. Зато он меняет свою ёмкость, так как при колебаниях под воздействием звука, мембрана, являющаяся одной из пластин колеблется относительно неподвижного, хорошо отполированного электрода. Чтобы получить электрический сигнал, на капсюль приходится подавать поляризующее напряжение (20...120В) и включать в самую простую электрическую цепь (контур): конденсатор + сопротивление + источник энергии, и тогда мы можем уже усиливать полученный сигнал, снимая его с того самого сопротивления, в контур с которым соединён капсюль-конденсатор.

Особенность состоит в том, что для усиления этого сигнала не подходит обычный вход пульта, и в каждом конденсаторном микрофоне стоит специальный согласующий каскад на полевом транзисторе или электронной лампе, после которого, уже "окрепший" сигнал можно подавать в микшерский пульт или другие устройства. Хотя сигнал с конденсаторного микрофона, как правило, больше по уровню, чем с динамического микрофона, тем не менее, он всё равно предназначен для микрофонных, а не для линейных входов устройств.Вес колеблющейся пластины-диафрагмы (мембраны) в конденсаторном микрофоне значительно меньше веса диафрагмы с катушкой динамического микрофона, поэтому, за счёт меньшей инерции, конденсаторный микрофон обеспечивает более точную и качественную звуковую картину по сравнению с динамическим микрофоном, имеют более широкий частотный диапазон.Следует отметить, что амплитуда изменения электрического сигнала, снимаемого с конденсаторной системы, в отличие от электродинамической системы не прямо пропорциональны силе звука, воздействующего на диафрагму, а имеет квадратичную зависимость. И только благодаря математике, так сказать, теории малых сигналов, инженеры делают допуск, что при столь малых амплитудах изменения ёмкости, как в конденсаторном микрофоне, нелинейностью преобразования можно пренебречь. И практика показывает, что это работает.Капсюли электретных микрофонов, в отличие от капсюлей классических конденсаторных микрофонов не требуют напряжения поляризации, так как содержат перманентно поляризованный (электретный) материал, располагающийся либо в пластине, либо в самой диафрагме. Однако, в силу технологических особенностей, создать электретный капсюль высокого качества, а, тем более, большого размера, весьма затруднительно. Поэтому электретные микрофоны получили большее распространение в бытовой технике (диктофонах, мобильных телефонах и современных домашних телефонах) и системах подзвучки инструментов и актёров на сцене.
В отличие от динамических микрофонов, все конденсаторные микрофоны требуют питания усилителя, а неэлектретные нуждаются ещё и в поляризующем напряжении. Питание конденсаторных микрофонов происходит или от батареек, или от отдельного блока питания (БП), или от фантомного питания по сигнальному шнуру.Фантомное питание начали применять как только технология электроники и схемотехники шагнула в сторону полевых транзисторов, и лампу, без которой ранее конденсаторный микрофон не мог существовать, заменили полевым транзистором, не нуждающимся ни в высоком анодном напряжении, ни в сильноточном питании накала. Ток потребления усилителя на полевом транзисторе настолько мал, что питание без проблем можно передать по тем же проводам, что и сигнал. При этом соблюсти нужно лишь одно условие, проводов в кабеле должно быть два, не считая экранирующего. Есть два способа подачи питания: либо питание идёт по отдельному (второму) проводу, либо и питание сигнал идут одновременно по двум проводам, но с разными знаками полярности. Второй способ прижился, как более универсальный, позволяющий во-первых коммутировать теми же проводами и динамические микрофоны, и, во-вторых, повышающий помехозащищённость линии (провода). Эта система называется симметричная (балансная) линия. В ней звуковой сигнал передаётся в противофазе, разъединяясь на выходе и складываясь на входе специальными трансформаторами или усилителями. Питание же усилителя конденсаторного микрофона передаётся по обоим проводам с одним и тем же знаком (+48В), и для того, чтобы оно не попало в полезный сигнал, его отфильтровывают специальными развязками, с помощью того же трансформатора или разделительных конденсаторов.При этом наличие в проводах фантомного питания нисколько не мешает динамическим микрофонам (если конечно он профессиональный симметричный и распаян правильным образом), наоборот, наличие постоянного напряжения ещё больше увеличивает помехозащищённость симметричной линии, "отталкивая" помехи уровнем ниже +48В.Следует отметить, что ламповый конденсаторный микрофон не может работать от фантомного питания, так как лампа, находящаяся внутри микрофона и усиливающая сигнал, требует своих напряжений и токов (как минимум, накальное и анодное питание), которые невозможно синтезировать (высосать) из стандартного слаботочного фантомного питания. Фантомное питание может выдержать нагрузку 10...20мА, в то время как ток накала лампы составляет до 500мА!Ламповые микрофоны делаются не для получения жирности или, как говорят, "ламповости" звука, как иногда можно встретить в источниках. Просто именно с лампового микрофона, собственно, и началась история конденсаторных микрофонов вообще. Это произошло потому, что транзисторов подходящих характеристик в то время попросту не было изобретено. Когда же транзисторы появились, их внедрение началось слишком быстро, и не всегда продуманно, поэтому большая часть транзисторных микрофонов 70...80-х годов, особенно бытовых, оказалось посредственного качества, из-за чего взоры звукорежиссёров вновь были обращены к ламповым микрофонам (та же ситуация произошла и со звукоусилительной техникой - усилителями мощности).

В результате ситуация на микрофонном рынке до сих пор остаётся противоречивой. Существует ряд моделей с прекрасными капсюлями, звучание которых подавлено внутренними транзисторными усилителями, и существует ряд старых ламповых микрофонов, капсюли которых уже оставляют желать лучшего, но за ними почему-то до сих пор найдётся масса охотников.Возможно, если бы история началась сразу с транзисторной техники, слово было бы за ней. Другой разговор, что само существование электронной усилительной лампы делает ненужным дополнительные изыскания и совершенствование транзисторной схемотехники микрофонов. Действительно, усилительный каскад на электронной лампе имеет ряд объективных преимуществ.Прежде всего, это большой коэффициент усиления в одном единственном каскаде (то есть сигнал преобразуется лишь один раз, в отличие от транзисторного каскада при том же усилении или, тем более, микросхемы). Во-вторых, это огромный динамический диапазон электрического тракта, обусловленный высоким напряжением питания лампового каскада. А всем известно, что большой динамический диапазон (то есть запас по перегрузке) - это, прежде, всего прозрачность звука. В-третьих, это сам принцип преобразования сигнала в вакууме, а не на пластине полупроводника (даже само это предложение уже звучит загадочно и маняще), возможно, именно он сохраняет или даже добавляет некую магию в сигнал на выходе микрофона...

Но! Всё это не делает сигнал более "жирным", и уж точно не имеет отношения к компрессии сигнала (если речь не идёт о записи какого-нибудь оперного монстра, способного создать такое звуковое давление, что сигнал в усилителе лампового микрофона подойдёт к уровню максимального). Поэтому, не ждите от ламповых микрофонов чудес, они не сделают работу звукорежиссёра по вписыванию вокалиста в фонограмму за Вас. Ламповые микрофоны всего лишь честнее, и живее своих транзисторных собратьев. И ещё один момент, касающийся выбора в пользу ламповых микрофонов - это качество капсюлей. Что же касается размеров самой лампы и выделяемого ею тепла, то эти недостатки уже давно преодолены разработкой миниатюрных ламп и нувисторов (металлокерамических миниламп).

Динамический микрофон

Рисунок 2. Динамический микрофон

Динамический микрофон (более верно - электродинамический микрофон) в свою очередь может быть катушечным и ленточным (о ленточных микрофонах мы поговорим отдельно).Механизм действия динамического катушечного микрофона можно представить как обратный механизму действия динамика. Здесь диафрагма присоединена к катушке из тонкого провода, расположенной в магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом. Динамический микрофон это минигенератор электроэнергии, практически аналогичный генератору автомобиля, только катушка не крутится, а ёрзает туда-сюда (как в динамике акустической системы) под действием звука. И на обоих концах (выводах) катушки образуется электрический сигнал. Не большой (5...15мВ), но достаточный, чтобы его затем усилить и отличить от шумов усилителя. Достаточно простая конструкция динамического микрофона обуславливает его относительную дешевизну, прочность и меньшую требовательность к условиям окружающей среды. В некоторых динамических микрофонах (особенно старого образца, когда технологии были несовершенны) для расширения частотного диапазона применяются два капсюля - низкочастотный и высокочастотный, подобно двухполосным акустическим системам. В таких микрофонах имеется, как и в двухполосных акустических системах, разделительный фильтр-кроссовер, соединяющий сигналы от обоих капсюлей в один сигнал.

Ленточный микрофон

Рисунок 3. Ленточный микрофон

Несмотря на то, что ленточные микрофоны относятся по конструктивным признакам к динамическим микрофонам, мы всё же выделим их в отдельную группу, так как по звучанию они ближе к конденсаторным микрофонам. Происходит это потому, что сама ленточка, являющаяся преобразователем звука в сигнал, также как и в случае с конденсаторным микрофоном, имеет очень малый вес, малую инерцию. Кроме того, она не натянута, как мембрана в конденсаторном микрофоне, а висит достаточно свободно, поэтому собственный резонанс ленточки сдвинут в инфранизкие частоты, и не окрашивает звук ни снизу, как динамические микрофоны, ни сверху, как конденсаторные микрофоны.Алюминиевая лента, находясь в магнитном поле и повторяя колебания воздуха, генерирует электрический сигнал, подающийся на первичную обмотку трансформатора для согласования низкого сопротивления ленты с входным сопротивлением усилителя.
Хрупкость в изготовлении и эксплуатации и слабый сигнал - основные недостатки ленточных микрофонов. Преодолеть можно только последний их них: технология малошумящих транзисторов шагнула далеко вперёд, и теперь от уровня шума можно несколько отодвинуться, хотя при этом микрофон всё равно остаётся транзисторным. Производить же ламповые ленточные микрофоны, отвечающие современным стандартам, весьма затратно, поэтому и стоят такие микрофоны для рядовой студии недосягаемо дорого.

)Определите динамический диапазон D и частоту дискретизации звукового сигнала, передаваемого в цифровой форме, а так же скорость цифрового потока на выходе АЦП. При N=8, Fmax=3,4 кГц, n=2.

Решение:=6*N+2=6*8+2=50 дБ= (2,1/2,4)*Fmax=2,2*3,4= 7,48 кГц=Fg*(N+n)= 7,48*(2+8)=74,8 кбит/с

Ответ: D=50дБ; Fg=7,48 кГц; Q=74,8 кбит/с

) Приведите структурную схему АЦП для преобразования звукового сигнала в дискретную форму. Поясните назначение генератора белого шума (ГБШ).

АнтиэластичныйУстройствоАЦП

фильтрвыработки и

хранения

Рисунок 4. Структурная схема АЦП

Генератор белого шума

Самым простым методом получения белого шума является использование шумящих электронных элементов (ламп, транзисторов, различных диодов) с усилением напряжения шума.

Рисунок 5. ГБШ

Источником шума является полупроводниковый диод - стабилитрон VD1 типа КС168, работающий в режиме лавинного пробоя при очень малом токе. Сила тока через стабилитрон VD1 составляет всего лишь около 100 мкА. Шум, как полезный сигнал, снимается с катода стабилитрона VD1 и через конденсатор С1 поступает на инвертирующий вход операционного усилителя DA1 типа КР140УД1208. На неинвертирующий вход этого усилителя поступает напряжение смещения, равное половине напряжения питания с делителя напряжения, выполненного на резисторах R2 и R3. Режим работы микросхемы определяется резистором R5, а коэффициент усиления - резистором R4. С нагрузки усилителя, переменного резистора R6, усиленное напряжение шума поступает на усилитель мощности, выполненный на микросхеме DA2 типа К174ХА10. С выхода усилителя шумовой сигнал через конденсатор С4 поступает на малогабаритный широкополосный громкоговоритель В1. Уровень шума регулируется резистором R6. Стабилитрон VD1 генерирует шум в широком диапазоне частот от единиц герц до десятков мегагерц. Однако на практике он ограничен АЧХ усилителя и громкоговорителя. Стабилитрон VD1 подбирается по максимальному уровню шума. Вместо усилителя на DA2 можно использовать любой УЗЧ с возможно более широким диапазоном рабочих частот.

)Нарисуйте структурную схему возбудителя «Синхронизатор» и поясните его работу.

Рисунок 6 .Структурная схема возбудителя «Синхронизатор»

Возбудитель «Синхронизатор» характеризуется высокой стабильностью частоты опорного генератора. Его суточная нестабильность не превышает =.Возбудитель предназначен для одновременного возбуждения двух вещательных передатчиков, работающих в ДВ и CВ диапазонах. С выхода опорного генератора ОГ напряжение частоты f=5 МГц направляется к магазину частот МЧ, в котором путем преобразования опорной частоты с помощью делителей и умножителей образуется 16 частот, имеющих номинальное значение 66,6; 99; 95 ; 100; 135; 180; 200; 225;380; 450; 900; 1000; 1180; 1315; 1530; кГц.

)Перечислите особенности организации радиовещания в диапазонах километровых и гектометровых волн, а так же преимущества и недостатки по сравнению с радиовещанием в диапазоне декаметровых волн.

В ДВ, СВ и КВ диапазонах передающие устройства работают с амплитудой модулей. Требуемая ширина полосы частот радиоканала?fn равна при этом удвоенному значению верхней частоты Fв спектра модулирующего сигнала?fn=2Fв. Согласно международному соглашению в диапазонах ДВ, CD и КВ ширина полосы, выделяемая для организации одного радиоканала, равна 9 кГц. Значения несущих частот передатчиков, работающих в ДВ и CВ диапазонах установлены кратными цифре 9. Несущие частоты следуют через интервал 9 кГц следующим образом: диапазон ДВ -155(1-й канал, 164 (2-й)…281 (15-й), в диапазоне CВ - 531 (1-канал)….1602 (120-й). Таким образом в ДВ диапазоне размещается 15, а в диапазоне CВ 120 радиовещательных каналов. Три радиоканала в CВ диапазоне с несущими частотами 1485, 1584 и 1602 кГц выделены для передатчиков с излучаемой мощностью до 1 кВт (каналы малой мощности). Значения несущих частот передатчиков, работающих в КВ диапазоне, кратны цифре 5. Если КВ РВС обслуживают одну географическую зону, то при?fп=9 кГц разнос несущих РВС принимается равным 10 кГц. При обслуживании разных гео. зон (зоны не перекрываются) допускается разнос 5 кГц. В КВ диапазоне можно организовать около 400 радиоканалов.В связи с ограниченным числом выделенных частотных каналов в ДВ и СВ диапазонах передающая сеть может быть организована с помощью станций работающих на одной волне и передающих разные программы (совмещенный, частотный диапазон), или с помощью радиовещательных станций работающих на одной волне и передающих одну программу (синхронное вещание).В диапазоне ДВ используется земная волна, способная огибать Землю и мало затухающая при распространении на большие расстояния. Радиус зоны обслуживания РВС достигает 800…1000 км.при мощности передатчиков 1000 кГц. Напряженность поля, создаваемая земной волной, не зависит от времени суток поэтому прием РВС, работающих в ДВ диапазоне отличается большой устойчивостью. Диапазон ДВ используется радиовещанием для обслуживания больших территорий. Средние волны распространяются земной и пространственной волнами. Качество приема и число принимаемых станций в диапазоне CВ зависит от времени суток. Днем наблюдается устойчивый прием земной волны, излучаемой близкими и мощными станциями.CВ сильнее поглощаются поверхностью Земли, поэтому зона обслуживания РВС днем меньше, чем в диапазоне ДВ и составляет 300…500 км. Ночью резко уменьшается затухание пространственных волн и становится возможным прием РВС расположенных далеко от места приема. Но в это время суток наблюдается замирание поля из-за интерференции в месте приема земной и пространственной волны с нерегулярной изменяющейся с амплитудой и фазой, связано с изменением электронной концентрации слоя Е ионосферы, от которого CВ отражаются. Особенно сильно выражены замирания при приеме станций, несущие частоты которые расположены ближе к коротковолновой границе CВ диапазона.Преимущества радиовещания в CВ диапазоне:1.Большая площадь обслуживания, когда отсутствуют помехи от пространственных волн дальних мешающих станций.2.Приемники ДВ и CВ в советские годы были дешевыми, экономическими. Диапазоны ДВ и CВ характеризуются сильными атмосферными и промышленными помехами. В связи с тем, что в этих диапазонах нельзя получить остронаправленные антенны, для получения в месте приема достаточной помехозащищенности применяются передатчики большой мощности (до 1000 кВт). КВ могут распространяться земной и пространственной волнами. При использовании земной волны из-за сильного поглощения в почве прием возможен лишь в пределах нескольких десятков километров. Пространственные волны при отражении от ионизирующих слоев атмосферы испытывают значительные поглощения. Это делает КВ более удобными чем CВ и ДВ при передаче сообщений на большие расстояния. Используя пространственную волну в КВ диапазоне можно передать сообщение на несколько тысяч километров. Днем возможен прием станций в диапазоне (10…25 м) (дневные волны), ночью принимаются (35…100м) (ночные волны). Главным недостатком использования КВ для вещания являются большие и частотно-избирательные замирания, затрудняющие организацию уверенного приема. Замирания на КВ происходит из-за интерференции образованной двумя или несколькими пространственными шумами, в результате уровень сигнала меняется в сотни раз (общее замирание), так же происходят замирания в отдельных участках спектра радиосигнала, включая несущую (частотно-избирательные замирания). Это вызывает появление частотных и нелинейных искажений.

)Составите структурную схему узла проводного вещания с децентрализованным питанием сети ПВ. Поясните принцип работы схемы и назначение отдельных элементов схемы.

Рисунок 7. Структурная схема узла проводного вещания с децентрализованным питанием

Программы звукового вещания от источников программ поступают на ЦСПВ. После предварительного усиления по соединительным кабелям линиям ГТС они распределяются на ОУС. По этим же соединительным линиям с ЦСПВ осуществляется дистанционное управление и контроль за работой оборудования ОУС. На ОУС происходят основное усиление сигналов звукового вещания и распределение их по МФ на ТП. Для повышения надежности ТП подключены через резервные МФ с соседним ОУС. При повреждении оборудования, например ОУС-2, ТП-2 будет получать питание от ОУС-1. Когда резервный МФ из-за большой протяженности строить экономически нецелесообразно, ТП совмещают с резервным усилителем звуковых частот. Такие станции называют блок-станциями БС. БС включают только при повреждении основного МФ. Переключение МФ, контроль за работой оборудования ТП, БС так не осуществляется по соединительным линиям с ЦСПВ.

) Объясните назначение и принцип автоматического регулирования сигнала на входе усилителя УПВ-5 при перевозбуждении усилителя со стороны входа. Нарисуйте графики зависимости амплитуды сигнала на выходе усилителя от амплитуды входного сигнала.

В сетях ПВ возможны короткие замыкания одной или нескольких распределительных линий. Возникающая при этом перегрузка усилителя при отсутствии соответствующей защиты может привести к разрушению ламп оконечного каскада. Мощные усилители должны быть защищены от (перенапряжения)-превышения номинального значения входным напряжением, что также может привести к разрушению усилительного устройства. Поэтому для защиты усилителей от перегрузок и перенапряжений применяют автоматические регуляторы уровня сигналов программы звукового вещания. Постоянство выходного напряжения при изменении нагрузки обеспечивается глубокими отрицательными обратными связями (ООС), охватывающими оконечный каскад и весь усилитель в целом, что способствует также снижению линейных и нелинейных искажений, повышению устойчивости и стабильности работы усилительного устройства.Экономичность мощных усилителей определяется в основном режимом работы выходного каскада. Для повышения КПД ламповых усилителей их выходные каскады работают в режиме отсечки тока анода и с сеточными токами. Для уменьшения нелинейных искажений предоконечный каскад собирается по схеме катодного повторителя с малым выходным сопротивлением.Для повышения экономичности усилителей ПВ с выходной мощностью 5; 15 и 30 кВт применяют электронные регуляторы сеточного смещения ламп выходного каскада. Напряжение сеточного смещения изменяется автоматически в зависимости от уровня сигнала. При отсутствии или малом напряжении сигнала напряжение смещения наибольшее. При этом анодный ток ламп выходного каскада и потребляемая ими мощность минимальны. При увеличении уровня сигнала напряжение смещения уменьшается и анодный ток увеличивается.Для защиты усилителей ПВ от перенапряжения на входе применяют в основном потенциометрические ограничители максимальных значений уровня, на полупроводниковых диодах и полезных транзисторах.При уменьшении сопротивления нагрузки (перегрузка) возрастает выходной ток усилителя. Для защиты от перегрузки в усилителях применяют авторегуляторы, которые обеспечивают понижение входного напряжения.В усилителях УПВ-1,25 и УПВ-5 (рис. 12.13) схемы защиты одинаковы. Усилитель-ограничитель состоит из усилителя У и потенциометрического ограничителя максимальных уровней, выполненного на резисторах Ru R2, Rз, Rt и кремниевых диодах VDX и VD2. Когда диоды закрыты, их сопротивление R велико. При этом коэффициент передачи ограничителя К максимален и определяется соотношениями сопротивлений резисторов Ri... R4. При Ri - R2 = R и Rз = = R4 = r0 Кмакс - Ги/(R + r0). В зависимости от тока, протекающего через диоды в прямом направлении, их сопротивление меняется. Так как диоды VD, и VD2 включены параллельно резисторам R3 и R4, то с уменьшением сопротивления диодов уменьшается коэффициент передачи ограничителя.Напряжение, вызывающее изменение сопротивления диодов (управляющее напряжение) и вследствие этого изменение коэффициента передачи, подается к диодам с выхода УПТ. Амплитудная характеристика УПТ близка к линейной, поэтому коэффициент передачи ограничителя зависит от напряжений i и £у2, снимаемых с выходов выпрямителей, собранных на диодах VD3... VDb.Напряжения £уi и £у2 взаимно независимы: £у, является функцией перенапряжения, а £у2 - функцией перегрузки усилителя. Потенциометрами устанавливаются напряжения задержки Е3щ и Езд2, при превышении которых начинается автоматическое регулирование коэффициента передачи потенциометрического ограничителя. Сигнал к выпрямителю В, подают с выхода У, имеющего достаточно линейную амплитудную характеристику и малое выходное сопротивление. Напряжение, поступающее к выпрямителю В2, снимается с резистора г, включенного последовательно с нагрузкой. Падение напряжения на г пропорционально выходному току. При перегрузке коэффициент передачи ограничителя управляется напряжением £у2, при перенапряжении - напряжениями £у1 и £у2. Эффективность автоматического регулятора достаточно велика: при уменьшении нагрузки в два раза по сравнению с номинальным значением выходной ток возрастает всего на 1 ...2%.Увеличение входного уровня по сравнению с номинальным иа 12 дБ (перенапряжение) приводит к возрастанию выходного уровня не более чем иа 0,2 дБ.

Рисунок 8. Фрагмент схемы оконченного усилителя УПВ-5

При нормальном напряжении трехфазной питающей сети ("Фаза" - "Ноль" = 220 вольт) напряжение между фазами составляет 380 вольт. При завышенном напряжении ("Фаза" - "Ноль" = 250...270 в.) сети между фазами имеется уже примерно 420...440 вольт. Если проследить по схеме включение накальных трансформаторов 5ТР1 и 5ТР2, то мы видим, что вывод 4 5ТР1 через контакты реле 5Р3 и блокировки подключен к фазе "В", вывод 4 5ТР2 - фазе "А", а выводы 1 обеих трансформаторов - к клемме 4 платы силового ввода 5ГР1 "корпус"("0"). Таким образом на первичных обмотках этих трансформаторов завышенное напряжение. Но если отключить выводы 1 трансформаторов 5ТР1 и 5ТР2 (оставив перемычку 1-1) от корпуса ("0"), как показано на прилагаемой схеме, (точки "X" и "Y") то в этом случае трансформаторы оказываются включенными между фазами "А" и "В" последовательно. Учитывая идентичность трансформаторов, в результате на первичных обмотках 420:2=210 вольт (440:2=220 вольт), а на вторичных обмотках - 16-17 вольт, что соответствует техническим требованиям эксплуатации режима накала. Практика показала, что даже при напряжении накала ламп ГМ-100 = 16 вольт качество выходного сигнала не ухудшается, а срок службы ламп значительно увеличивается.

Графическая зависимость амплитуды (или действующего значения) выходного напряжения усилителя от амплитуды (или действующего значения) его входного напряжения на некоторой неизменной частоте сигнала получила название амплитудной характеристики.Амплитудная характеристика реального усилителя не проходит через начало координат: при отсутствии входного напряжения напряжение на выходе не равно нулю. Величина этого напряжения в реальных усилителях напряжение определяется уровнем собственных шумов усилителя и помехами3. Основными составляющими шумов усилителя являются: шумы усилительных элементов, тепловые шумы различных цепей усилителя; шумы микрофонного эффекта, вызванные воздействием на узлы и детали усилителя механических толчков и вибраций, фон, обусловленный воздействием на цепи усилителя пульсаций напряжения питания, наводки, определяемые воздействием на цепи усилителя посторонних источников сигналов и источников помех и т.п.

Рисунок 9. Амплитудная характеристика усилителя

Список используемых источников

генератор шум звуковое вещание

1)Выходец А.В., Коваленко В.И., Кохно М.Т. Звуковое и телевизионное вещание.-М.: Радио и связь, 1987.

)Кохно М.Т. Звуковое и телевизионное вещание.- Минск.:Экоперспектива 2000.

)Барановский Б.К., Булгак Б.В. Техника проводного вещания и звукоусиления.- М.:Радио и связь, 1985

)Сидоров И.Н., Димитров А.А. Микрофоны и телефоны.-М.: Радио и связь, 1993

5)

) http://nix-studio-edition.ru/hard-and-soft/hard/1165-microtip.html

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

HI-FI AUDIO.RU / Александр / отредактировано

При выборе музыкальных дисков (CD) большое, если не решающее, значение для слушателя играет динамический диапазон записи (DR). Именно из-за сознательно суженного (компрессированного) звукорежиссером динамического диапазона записи на CD могут возникнуть претензии к звучанию.

Компрессия по звуковому диапазону применяется все чаще не только на этапе финальной подготовки диска. Любая компрессия DR негативно сказывается на впечатлениях при прослушивании. Если у вас при прослушивании CD остается стойкое ощущение каши и сумбура, "грязного" звука — это признак того, что диск, скорее всего, немилосердно сжат по динамическому диапазону.

Что же такое динамический диапазон и для чего его вообще нужно сжимать?

Динамический диапазон — это диапазон между самыми тихими и самыми громкими звуками на фонограмме. Естественно, чем он больше, тем более тонко и точно будет подан музыкальный материал, где в трехмерном пространстве будет слышно все — от турбуленции воздуха от дирижерской палочки, до выстрела из пушки. Исходя из сказанного, сжимать динамический диапазон не нужно, его сжатие можно воспринимать как уродование звука.

Во многих сложно сочиненных и мастерски исполненных музыкальных произведениях динамический диапазон очень большой и есть места где музыканты играют крайне тихо, а есть, где нарастает экспрессия и музыка грохочет. При прослушивании, в таких композициях устанавливается громкость усилителя достаточно высоко и становятся прекрасно слышны, как самые тихие звуки, так и по мере нарастания, очень громкие.

В переносных устройствах (смартфоны, планшеты) стоят маломощные усилители, которые, сомнительно, что могут все это отыграть в полном диапазоне с приемлемой громкостью. Поэтому стали применять компрессию — самые тихие звуки по громкости подтягивают к самым громким (получается фактически, что начинают шепотом орать), динамический диапазон сужается, но громкость в целом возрастает на 30%, что плюс для мобильных устройств, которые прослушиваются в агрессивной для прослушивания среде (шумная улица, метро). Таким образом, "музыка для мобильников" во всех случаях — это компромисс между качеством и удобством. Производители готовы пожертвовать качеством звучания ради любителей мобильной музыки, но портят в итоге музыку для всех.

На примере альбома группы ZZ Top — уродование звука более поздними релизами. В ремастере 2008 года уже даже не угадываются первоначальные контуры. Щелкните на картинку для отображения в динамике.

Меломаны столкнулись с нелегкой задачей подбора для своих коллекции CD, не изуродованных компрессией динамического диапазона, что сейчас становится сейчас всё более неразрешимой проблемой.

Чтобы определить DR любого музыкального произведения, достаточно установить плагин Dynamic Range Meter измеряющий динамический диапазон в проигрывателе foobar2000. Точнее сказать, он измеряет некий пик-фактор — разницу между пиковыми уровнями и RMS (среднеквадратичным значением уровня звука в альбоме или аудиотреке). Если значение пик-фактора DR фонограммы равно 14 — это великолепный показатель, а выше 15 — близко к фантастике, но следует понимать, что этот показатель будет разным для жанров в которых исполняется музыка.

Так для рок-музыки в целом хороший результат начинается с DR 10. Например, альбом группы Nazareth "Sound Elixir" на CD имеет DR=10 и при этом прекрасно звучит, благодаря использованию электронных инструментов. Для тяжелой музыки этого может быть вполне и достаточно, если музыкантами не были использованы сильные звуковые перепады. Однако, более обширнейший динамический диапазон потребуется для воспроизведения акустических инструментов — гитары, саксофона и тд. В таких случаях порадует разница диапазона от 13 до 15.

В целом большинство добротных CD показывает DR от 11 до 14. При этом встречаются диски имеющие динамический диапазон равный 15 (например, группа Телевизор "Отечество иллюзий" ) и даже 18. Диски с большим DR слушаются с огромным удовольствием — их звучание открытое, естественное, лишенное цифровой сухости и тяжеловесности.

Таблица минимального DR в соответствии с музыкальным стилем.

Так, если звучание диска грязновато, но терпимо, то скорее всего, это компрессированный по динамическому диапазону диск со значением не более 8. С таким значением идут многие ранние концерты группы Nazareth и других — это удручает, так как такая интересная и богатая на инструменты музыка достойна лучшего качества. Искреннее недоумение вызывает, когда априори аудиофильские исполнители выпускают записи своих концертов с сильной компрессией. Например диск Sade "Soldier of Love" выпущенный в 2010 (!) году имеет DR динамического диапазона равный всего лишь 10. При этом, композиции наполнены прекрасным женским вокалом и акустическими инструментами. Здесь компрессия диапазона явно слышна и сильно разочаровывает. Становится непонятно для кого тогда подобные CD выпускаются по-принципу - если для аудиофилов такое качество мало пригодно к прослушиванию, а музыка имеет явно не коммерческий характер.

Сомнительно что сегодня кто-нибудь будет слушать на улице музыку с переносного CD-проигрывателя, когда в мобильной среде вместо несжатых форматов CD давно уже используются музыкальные файлы, в большинстве случаев это не аудиофильские форматы (mp3,AAC), которые так же имеют деструктивную природу и ограничение еще и по частотному диапазону. Тогда возникает разумный вопрос: зачем портить CD по DR и писать диски без компрессии? Ведь здравого смысла коверкать запись на CD для более высокой громкости не просматривается, однако, маркетинговая машина войны за громкость запущена на полную мощность и обратного хода не предвидится. Статистика, к сожалению, свидетельствует, что производитель с каждым годом усиливает компрессию звукового материала, что конечно же негативно сказывается на качестве звучание на аппаратуре класса Hi-Fi.

Действительно, не компрессированный диск на дешевом переносном плеере или смартфоне в силу внешних шумов, которые замаскируют самые тихие звуки, будет звучать "неэффектно", а компрессированное звучание покажется лучше в силу того, что громкость тихих звуков гиперзавышена и находится над внешним шумом. Это схоже с тем, что звукорежиссер озадачился целью, записать диск, который будет звучать отлично на фоне работающего отбойного молотка. Возможно в таких ситуациях это покажется прекрасным, но можно ли серьезно говорить о качестве звучания, если используется глубокая компрессия?

В любом случае, низкокачественное и низкосортное воспроизведение и для высококачественного воспроизведения на хороших Hi-Fi/Hi-End аппаратах компрессированные записи не годятся.

Большинству аудиофилов не важна громкость диска, ее можно выставить любой на усилителе, важна чистота и детальность звучания, и многие другие параметры.

С появлением современных высококлассных усилителей музыка открыла для себя новое измерение, которое добавляет к ней еще одну восхитительную грань — возможность большего вовлечения благодаря аудиофильской прорисовки музыкальных событий. В этом измерении воспринимается не только мелодия, но и каждый звук, который в хорошем тракте поет и восхищает, цепляет за струны души.

Именно поэтому большинство современных дисков после покупки хочется сразу выкинуть, например, альбом Madonna "Handy Candy" . Звук на них ужасно грязный, кашеобразный, давящий на слух. Причина легко определяется при проверке на DR динамического диапазона. На диске он равен удручающему значению 5. Хорошо звучащими дисками можно считать записи имеющие диапазон минимально от 10 и выше. Диапазон CD от DR 8 и ниже вызывает при прослушивании не лучшие ощущения.

Многие предложат в виде панацеи прослушивание виниловых дисков, где компрессия маловероятна, но компрессия маловероятна и на всех оригинальных CD старых выпусков (встречается DR до 18), а современный винил может быть так же компрессирован. Это первый аргумент, а второй происходит из того, что при замере значение DR динамического диапазона современных виниловых дисков он оказывается не очень высоким. Для разных виниловых дисков значение DR равно 12-14. Но остались серьезные подозрения, что нижняя граница определялась не самым тихим звуком, а рокотом и шумом самой виниловой пластинки из за механического характера считывания данных и тогда, вероятно, реальный DR имеет еще худшее значение. При этом не редко можно встретить записи на CD с DR динамического диапазона равным 15, и, кроме того, на диске существенно лучше выполнено разделение каналов и многие другие показатели.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что на качество звучания диска CD оказывает большое значения интенсивность компрессии звукового диапазона DR. Как ответ этой ситуации на рынке стали появляться специальные "аудиофильские" диски без компрессии, например компиляция Audiophile World.

Для любознательных: сайт www.dr.loudness-war.info содержит каталог замеренных значений DR большого количества аудио CD дисков.

Не так давно мне попался довольно качественный HDCD релиз альбома «Mark Knopfler - Sailing To Philadelphia». Впервые я отметил столь низкий уровень фонового шума и динамический диапазон для музыки с живыми инструментами и голосом. Результат сканирования всего альбома гласил:

Left Right
Peak Amplitude: 0,00 dB 0,00 dB
True Peak Amplitude: 0,64 dBTP 0,58 dBTP
Maximum Sample Value: 8388607 8387420
Minimum Sample Value: -8388608 -8388608
Possibly Clipped Samples: 3 1
Total RMS Amplitude: -15,12 dB -15,20 dB
Maximum RMS Amplitude: -5,75 dB -5,80 dB
Minimum RMS Amplitude: -120,64 dB -123,81 dB
Average RMS Amplitude: -18,90 dB -19,01 dB
DC Offset: 0,00 % 0,00 %
Measured Bit Depth: 24 24
Dynamic Range: 114,89 dB 118,02 dB
Dynamic Range Used: 83,15 dB 82,95 dB
Loudness: -13,48 dB -12,87 dB
Perceived Loudness: -10,61 dB -10,63 dB
ITU-R BS.1770-2 Loudness: -12,72 LUFS

0dB = FS Square Wave
Using RMS Window of 50,00 ms
Account for DC = true

Краткий ликбез

Динамический диапазон - это разница (или соотношение) между самым громким и самым тихим звуком, выраженная в децибелах. Для определения динамического диапазона используют RMS значения, т.е. Root Mean Square - среднеквадратичные, или же, как принято у нас - «действующие» или «эффективные». Действующее значение выбирается потому, что именно оно (в отличие от пикового) напрямую связано с уровнем звукового давления, и, как следствие, воспринимаемой громкости.

Для анализа вышеуказанных характеристик был использован Adobe Audition. В данном случае алгоритм анализа ДД примерно такой: всё аудио разбивается на небольшие участки, именуемые окнами (в данном случае их размер равен 50 мс), затем для каждого такого участка вычисляется среднеквадратичное значение (путем интегрирования). Далее полученное значение соотносится с одним из следующих: 1. Среднеквадратичное значение для синусоиды с максимальной амплитудой и такой же продолжительностью. 2. Меандр с максимальной амплитудой и такой же продолжительностью. Как известно, меандр имеет максимально возможное значение RMS за период (т.к. модуль его амплитуды в любой момент равен максимуму), синусоида же имеет коэффициент 1/(корень из 2), т.е. 0.707 от максимального (или же пикового) значения. Если вы еще раз взглянете на отчет, то увидите, что там за 0 dB RMS взят меандр (square wave). Таким образом, полученные децибелы среднеквадратичного значения имеют опорный уровень (0 dBFS) равный среднеквадратичному значению для меандра.

Также надо отметить, что при расчете RMS может учитываться или не учитываться постоянная составляющая (в некоторых случаях колебания происходят не относительно нулевого значения, а относительно некоторой константы, которая и равна постоянной составляющей). В нашем случае учет постоянной составляющей включен.

После получения RMS значения для каждого окна производится поиск наименьшего и наибольшего значений. Разница между двумя этими значениями - и есть динамический диапазон.

Кроме того, Audition определяет параметр «Dynamic Range Used», который рассчитывается без учета тишины в начале и конце трека, а также без учета других продолжительных участков с тишиной внутри дорожки. Собственно, этот параметр и является наиболее информативным и важным при анализе динамического диапазона.

DVD-Audio

Так вот, сегодня я наконец заполучил DVD-Audio релиз того самого альбома, о котором писал выше. Результаты меня удивили еще больше. Многоканальная дорожка содержала записи с динамическим диапазоном более 100 дБ, хотя значения для отдельных каналов были довольно разными (кстати говоря, Audition показал для фронтальных каналов актуальную разрядность 24 бита, а для остальных - 20). Я решил произвести более детальный анализ записей: вручную выполнил сведение каналов в стерео (с помощью Channel Mixer в foobar2000), а затем проанализировал динамический диапазон 5.1 записи, стерео даунмикса с DVD диска и моего собственного даунмикса.

Результаты для каждого трека/канала приведены в таблице Excel .

Интересно, что динамический диапазон даунмиксов получились совершенно различным (разной была и громкость - у моего даунмикса она была ниже на несколько децибел). Но, так или иначе, например, для 4-го трека во всех трех случаях отмечается широкий динамический диапазон, более 90 дБ.

Но это что касается отдельных параметров. Наиболее же информативной является гистограмма громкости. Она показывает распределение громкости по частоте появления. Т.е. это значения RMS для всех окон, представленные в виде диаграммы, где по вертикали частота появления, по горизонтали уровень громкости. Таим образом можно видеть, какой уровень громкости преобладает в дорожке, насколько велика суммарная продолжительность тихих участков и т.д.

Например, вот гистограммы громкости для моего и DVD стерео даунмикса четвертого трека (правый канал), соответственно:

Высокая частота для громкости с уровнем около ~110 говорит о том, что это скорей всего уровень шумов звукозаписывающего оборудования. В общем же, наиболее интересными являются дорожки с довольно высоким процентом тихих фрагментов. Например, вот диаграмма для моего микса 7-го трека:

Подобный материал гипотетически может помочь выявить различия между 24- и 16-битным аудио. Именно с целью определить возможность выявления таких различий, а также вообще резонность использования 24-битного формата, я искал столь качественные аудиозаписи.

О результатах моих проверок я сообщу в следующих записях.