≪Аудиотехника≫

1)Классификация звуковых сигналов, Основные параметры (стр. 5-7) аудиосигналов, их определение.

Сигнал – изменение во времени какой-то характеристики, с помощью которой передаётся информация.

Аудиосигналом называется колебание, соответствующее речи, музыке или другим звучаниям в диапазоне звуковых (слышимых) частот.

(Различают первичные и вторичные звуковые сигналы. К первичным относятся: сигналы, создаваемые музыкальными инструментами, пением, речью. К вторичным – сигналы, воспроизводимые электроакустическими устройствами, т.е. первичные сигналы, прошедшие по электроакустическим трактам связи и вещания и соответственно видоизмененные по своим параметрам.)

Классификация:

По физическому представлению

-акустические (изменение звукового давления)

-электрические (изменение напряжения или тока)

По степени предсказуемости

-случайные

-квазислучайные (можем предсказать с какой-то степенью вероятности)

-детерминированные (сигналы, мгновенные значения которых в любой момент времени достоверно известны)

По значению функции и аргумента сигнала

-аналоговые (функция и аргумент непрерывны)

-дискретные (сигнал, дискретный во времени и непрерывный по значению)

-цифровые (дискретный во времени и квантованный по значению)

Основные параметры аудиосигналов:

Высота тона. Ощущение высоты тона связано с частотой звуковых колебаний. Постепенное увеличение частоты в области слышимых звуков от 20 до 20000 Гц вызывает изменение высоты тона от самого низкого (басового) до наиболее высокого.

Изменение высоты тона на октаву соответствует изменению частоты вдвое.

Слышимые звуки занимают диапазон примерно в 10 октав. В музыке используют сигналы, начиная с полутона. Полутон равен 1/12 октавы и соответствует изменению частоты в 1,054 (на 5,4%).

Слух может распознавать частоту только у периодических сигналов.

Если это простое гармоническое колебание, например, синусоидальный сигнал от генератора, то период колебаний T определяет частоту f = 1/T, поэтому определяющим параметром для различения высоты является частота сигнала.

Если это сложный звук, то высоту слуховая система может присвоить по его основному тону, но только если он имеет периодическую структуру, т.е. спектр его состоит из гармоник (обертонов, частоты которых находятся в целочисленных отношениях). Если это условие не выполняется, то высоту тона определить слуховая система не может. Например, звуки таких инструментов как тарелки, гонги и др. не имеют определенной высоты.

Высота тона зависит от f, от уровня сигнала и от периода.

Зависимость высоты тона от частоты сигнала, показана на рисунке 5.

Значения высоты отложено в специальных единицах - мелах. Один мел равен ощущаемой высоте звука частотой 1000 Гц при уровне 40 дБ. Эта связь нелинейна - при увеличении частоты, например, в три раза (от 1000 до 3000 Гц), высота повышается только в два раза (от 1000 до 2000 мел). Нелинейность связи особенно выражена на низких и высоких частотах, в определенных пределах изменение высоты тона в мелах пропорционально логарифму частоты.

Ощущение высоты тона зависит и от его длительности: короткие звуки воспринимаются как сухой щелчок, но при удлинении звука щелчок начинает давать ощущение высоты тона. Время, требуемое для перехода от щелчка к тону, зависит от частоты: для низких частот требуется для распознания высоты тона примерно 60 мс, для частот от 1 до 2 кГц - 15 мс. Для сложных звуков это время увеличивается, для звуков речи оно может составлять 20-30 мс.

Принцип неопределенности:

чем ближе по частоте находятся сигналы, тем больше времени нужно уху, чтоб определить высоту тона.

Громкость звука. Громкостью называется субъективное ощущение, позволяющее слуховой системе располагать звуки по определенной шкале от звуков низкой интенсивности ("тихие" звуки) к звукам большой интенсивности ("громкие" звуки). Ощущение громкости звука связано с амплитудой звукового колебания. Кроме амплитуды, громкость зависит от:

- частоты колебания;

- длительности воздействия звука;

- чувствительности слуха к восприятию звуков разных частот.

Чувствительность слуха максимальна в области частот от 500 до 5000 Гц. При длительном воздействии тона громкость несколько уменьшается.

В соответствии с психофизиологическим законом Вебера-Фехнера громкость находится не в прямой, а примерно в логарифмической зависимости от амплитуды сигнала. Это обусловило введение логарифмических шкал.

Понятие электрического уровня (в децибелах) вводят соотношением:

где - сравниваемые значения электрической мощности.

Это выражение можно заменить как:

Если , – произвольные величины, то уровни называют относительными электрическими.

Если нуль шкалы электрических уровней соответствует мощности то определенные таким образом уровни называют абсолютными электрическими. Приняв сопротивление нагрузки равным 600 Ом, получим значение напряжения, соответствующее нулю шкалы абсолютных электрических уровней,

Абсолютный электрический уровень в децибелах:

Величины мощности бывают больше и меньше Поэтому абсолютные электрические уровни бывают положительными и отрицательными.

Динамический диапазон аудиосигнала – параметр, который характеризуется амплитудой сигнала, это диапазон между самым тихим уровнем, и самым громким.

Для определения понятия динамического диапазона необходимо ввести понятие квазимаксимального и квазиминимального напряжений. Квазимаксимальным ( будем называть такое значение, вероятность превышения которого достаточно мала 0,01…0,02 (P(U> ) 0.01 0.02), а квазиминимальным ( – такое, вероятность превышения которого, наоборот, достаточно велика 0,98…0,99 (P(U> ) 0.98 0.99).

Тогда динамический диапазон электрического аудиосигнала

где (напряжение на R=600 Ом, на котором выделена мощность 1 мВт).

Динамический диапазон различных видов аудиосигналов составляет от 25 дБ для речи диктора, до 118 дБ – для рок-музыки.

Пик-фактор. Разность между квазимаксимальным ( ) и усредненным ( ) за длительный промежуток уровнями называют пик-фактором:

Пик-фактор показывает, насколько ниже средний уровень по сравнению с его квазимаксимальным значением. Для музыкальных сигналов он может достигать 20 дБ и более, а для речевого сигнала в среднем составляет 12 дБ.

Тембр (timbre-фр.) означает "качество тона", "окраску тона" (tone quality).

Американский стандарт ANSI-60-дает такое определение: "Тембр - атрибут слухового восприятия, который позволяет слушателю судить, что два звука, имеющие одинаковую высоту и громкость, различаются друг от друга".