Структура аудиосигнала

У всех музыкальных инструментов (кроме барабанов), огибающая сигнала – изменение по уровню во времени.

7. Динамическая обработка звуковых сигналов, её применение. Ручные регуляторы уровней. Классификация автоматических регуляторов уровней.

Под динамической обработкой сигнала понимают обработку, связанную с изменением динамического диапазона (ДД) сигнала. Динамическая обработка осуществляется ручными и автоматическими регуляторами уровня. Необходимость ручной регулировки уровней объясняется тем, что исходные необработанные сигналы имеют большой динамичсекий диапазон (например, 80 дБ у симфонической музыки), а в домашних условиях передачи обычно прослушивают в диапазоне порядка 40 дБ. Следовательно, звукорежиссер должен сжать динамический диапазон симфонической музыки до 40 дБ.

Ручные регуляторы используются для сжатия ДД сигналов звукорежиссерами. С помощью регуляторов уровня звукорежиссер осуществляет наиболее важные операции по созданию звуковой картины: поддерживает оптимальное соотношение громкостей отдельных источников звука и регулирует динамический диапазон звуковых сигналов.

Ручной регулятор уровня представляет собой четырехполюсник, у которого изменяется коэффициент передачи в зависимости от положения, установленного звукорежиссером или оператором. Для обеспечения изменения сигналов от номинального значения до минимума диапазон регулирования выбирается не менее 80 дБ с последующим «обрывом» сигнала, т.е. с его полным отключением. Регуляторы, устанавливаемые в микшерные пульты, обычно имеют плавную регулировку затухания. Если же регулятор ступенчатый, то шаг регулировки не должен превышать 1 дБ, в противном случае получаемый скачок изменения громкости становится заметным на слух.

К ручным регуляторам уровня предъявляются специальные требования:

Рабочий диапазон регулируемого затухания составляет 100 дБ, а в конце доходит до бесконечности. Шаг регулирования, рекомендованный МККР, составляет около 0,5 дБ. В области больших затуханий допустимо увеличивать шаг регулирования до 3 дБ. Для повышения точности регулирования уровня, приближающегося к максимальному (номинальному), шаг регулирования не должен быть больше 0,5 дБ. Регулятор не должен вносить заметных амплитудно-частотных искажений и помех.

К конструктивным требованиям относятся надежность электрического контакта, легкость хода, защита от внешних помех, пыли и влаги.

Потенциометрический регулятор (рис 6.5а). Преимущество – простота и плавность регулирования, недостаток – зависимость выходного сопротивления от положения регулятора. Их применяют, когда не требуется строгого согласования сопротивлений в цепи их включения.

Мостовой Т-образный регулятор (рис 6.5б). Используется при необходимости согласования сопротивлений. Диапазон регулировки обычно не менее 60 дБ. Сопротивления и изменяют так, чтобы соблюдалось условие = .

Однако врем реакции звукорежиссера не менее 2 с, что приводит к погрешности в поддержании максимальных уровней музыкальных программ до 4дБ относительно номинального уровня. Поддерживать уровни на "живых" речевых передачах с необходимой для практики точностью в настоящее время можно только применяя авторегуляторы.

Поэтому создано большое число различных устройств автоматической обработки уровней сигналов – авторегуляторов уровня (АРУР).

Автоматические регуляторы уровня. АРУР широко применяются в радиовещании и телевидении для обеспечения высокой стабильности уровней.

Назначение АРУР:

- поддержание нормированного значения квазимаксимальных уровней;

- защита трактов записи и вещания от перегрузки (перемодуляции);

- повышение средней мощности сигналов и разборчивости речевых передач;

- уменьшение шумов и помех;

- согласование динамических диапазонов сигнала и трактов вещания и записи-воспроизведения.

Поэтому велико число типов АРУР в зависимости от назначения.

Классификация автоматических регуляторов уровней.

Устройства автоматической обработки уровней сигналов можно классифицировать по ряду критериев, наиболее важные среди них: инерционность срабатывания и выполняемая функция.

По критерию инерционности срабатывания различают безинерционные (мгновенного действия) и инерционные (с изменяющимся коэффициентом передачи) авторегуляторы уровня:

Когда на входе безинерционного авторегулятора уровень сигнала превышает номинальное значение, на выходе вместо синусоидального сигнала получается трапецевидный. Хотя безинерционные авторегуляторы просты, их применение приводит к сильным искажениям.

Инерционным называется такой авторегулятор уровня, у которого коэффициент передачи автоматически изменяется в зависимости от уровня сигнала на входе. Эти авторегуляторы уровня искажают форму сигналов только в течение незначительного интервала времени. Подбором оптимального времени срабатывания такие искажения можно сделать малоощутимыми на слух.

В зависимости от выполняемых функций инерционные авторегуляторы уровня подразделяют на:

- Ограничители квазимаксимальнных уровней

- Автостабилизаторы уровня

- Компрессоры динамического диапазона

- Экспандеры динамического диапазона

- Компандерные шумоподавители

- Пороговые шумоподавители (гейты)

- Устройства со сложным преобразованием динамического диапазона

Безинерционные ограничители уровня (пикосрезатель). В таких ограничителях уровня ограничению подвергаются мгновенные значения сигнала, превышающие некоторое заданное пороговое значение. При этом изменяется форма сигнала, и появляются большие нелинейные искажения. Поэтому такие ограничители не используют самостоятельно, а как дополнительные элементы (пикосрезатели), устанавливаемые в АРУР инерционного типа.

Пикосрезатели не позволяют сигналу на выходе АРУР инерционного типа превышать нормированное значение сигнала более, чем на 1,5 дБ. Хотя при этом возникают нелинейные искажения, но они не ощущаются, так как длительность пиков срабатывания не превышает 1мс. На рисунке 8.5 показан пример схемы такого ограничителя и напряжение на его выходе.

Инерционные авторегуляторы. Это такие устройства, у которых изменение коэффициента передачи происходит не сразу после изменения сигнала на его входе, а с некоторым замедлением во времени.

Общей идеей всех АРУР инерционного типа является управление коэффициентом передачи регулятора реальным сигналом, поступающим на его вход (рис). Поэтому любой АРУР инерционного типа, обобщенная структурная схема которого приведена на рисунке, содержит как минимум два канала – основной и канал управления.

Рисунок 2.2

В свою очередь, сигнал на на вход канала управления поступает с входа или выхода устройства. В обоих случаях системы регулирования является замкнутой.

Для оценки инерционности АРУР введены динамические (временные) характеристики:

- срабатывания;

- восстановления.

Срабатыванием принято считать реакцию авторегулятора на увеличение уровня сигнала, а восстановлением – на его уменьшение.

Время срабатывания – интервал между моментом, когда от источника начинает подаваться сигнал с уровнем на 6 дБ выше номинального значения, и моментом, когда выходной уровень уменьшится с 6 до 2 дБ по отношению к номинальному значению (рис 2.3).

Время восстановления – это интервал времени между моментом, когда уровень сигнала от источника снижается с 6 дБ до номинального

значения 0 дБ, и моментом, когда выходной уровень увеличивается от -6 до -2 дБ по отношению к номинальному значению.

Выбор динамических параметров авторегуляторов определяется назначением конкретного типа АРУР и практическими соображениями.

Например, для защиты от перегрузок теоретически время срабатывания должно быть бесконечно малым. Однако практически звуковые сигналы нарастают не мгновенно, а за 6-120 мс для речи, для скрипки 80-120 мс. На слух нелинейные искажения короче 10 мс не ощущаются (свойства слуха). Поэтому для ограничителей уровня: .

Время восстановления ограничителей уровня из практических соображений: