|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ O zasadach działania tłumików hałasu. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Audio Zagadnienia redukcji szumów w magnetycznych urządzeniach rejestrujących wciąż przyciągają uwagę radioamatorów i użytkowników sprzętu audio. Ułatwia to powszechne stosowanie importowanych magnetofonów wyposażonych w różne systemy redukcji szumów. Brak informacji wynika częściowo z faktu, że instrukcje obsługi sprzętu nie zawierają informacji o cechach implementacji i eksploatacji systemów wbudowanych. W rezultacie krążą wszelkiego rodzaju spekulacje, ale problemy z jakością dźwięku pozostają. Po pierwsze, warto zauważyć, że słowo „noise supresor” odnosi się do dwóch zasadniczo różnych typów systemów: jeden z nich ma na celu usunięcie szumu już obecnego w fonogramie (w języku angielskim Denoiser), a drugi ma zapobiegać gromadzeniu się szumy podczas transmisji lub nagrywania sygnałów (Reduktor szumów) . Ta niejednoznaczność często prowadzi do zamieszania i nieporozumień, dlatego do oznaczania systemów pierwszego typu w środowisku zawodowym zwyczajowo używa się angielskiego słowa - „donozer”, aby odróżnić je od systemów drugiego typu. Znanymi denoiserami są filtry dynamiczne (DNL, DNR, HUSH, „Mayak”), których zasada działania polega na jednoczesnej redukcji wzmocnienia oraz sygnału i szumu w wydzielonej części widma (zwykle HF), gdzie użyteczna sygnał można pominąć. Ich zaletą jest to, że nadają się do pracy z dowolnym źródłem sygnału, a poważną wadą jest nieuchronna utrata niektórych informacji. Teraz denoisery są używane głównie do „czyszczenia” starych (lub technicznie nieudanych) rekordów. Rzadko stosuje się je w sprzęcie gospodarstwa domowego, zazwyczaj jedynie pomocniczo: wszak uzyskanie optymalnego efektu wymaga ręcznego lub automatycznego dopasowania do konkretnego fonogramu. Profesjonalny denoiser może być wykonany jako samodzielne urządzenie (analogowe lub cyfrowe) lub jako program na komputer. Weźmy jako przykład pakiet oprogramowania NoNoise firmy Sonic Solutions. O jego twórczości można się przekonać słuchając płyt „The Beatles Live at the BBC”. Najwyższej jakości znany autorowi analogowy denoiser wykonał Orban. Ten pięciopasmowy filtr dynamiczny ma wyjątkową zdolność analizowania zarówno poziomu, jak i typu sygnału, zapobiegając zjadaniu dźwięków pogłosu i niskich tonów perkusyjnych o wysokiej częstotliwości. Systemy drugiego typu (Dolby, dbx, High-Corn, Super-D itp.) przetwarzają sygnał dwukrotnie: pierwszy raz przed nagraniem lub transmisją, drugi raz podczas odbioru lub odtwarzania. Dlatego nazywane są również komplementarnymi, w przeciwieństwie do systemów pierwszego typu, które otrzymały warunkową nazwę niekomplementarnych. Ponieważ działanie układów komplementarnych opiera się na wykorzystaniu kombinacji kompresora i ekspandera zakresu dynamicznego, często nazywane są kompanderami lub po prostu kompanderami (COMpressor + exPANDER). Kompandery ogólnie zapewniają większą redukcję szumów i mniej zniekształceń sygnału muzycznego niż denoisery. Narzucają jednak pewne wymagania kanałowi odbioru-nadawania (lub nagrywania-odtwarzania), przez co są bardziej „kapryśne” w zastosowaniu. Główna, ale niepodważalna idea, na której opierają się wszystkie systemy redukcji szumów (UWB), a nie tylko kompandery. jest założenie, że. że hałas upośledza odbiór tylko słabych sygnałów, a przy silnym sygnale (wysoka głośność) nie jest słyszalny ze względu na efekt maskowania słabego dźwięku przez silniejszy. Zgodnie z tą logiką nie ma potrzeby, aby poziom szumu był stały zarówno w przypadku braku, jak i obecności użytecznego sygnału. Oznacza to, że wzrost bezwzględnego poziomu szumu wraz ze wzrostem poziomu sygnału jest uważany za akceptowalny i niezauważalny dla ucha. Takie założenie otwiera drogę do konstrukcji układów kompandera, w których wzmocnienia obu połówek (kompresora i ekspandera) zmieniają się w zależności od poziomu sygnału. W praktyce oznacza to, że słabe sygnały są wzmacniane przed wprowadzeniem ich do kanału transmisyjnego (np. do magnetofonu), podczas gdy silny sygnał przechodzi bez zmian (lub wręcz tłumi). Ta operacja nazywana jest kompresją (kompresją) zakresu dynamicznego. Na drugim końcu kanału przeprowadzana jest konwersja odwrotna, w wyniku której sygnał zostaje doprowadzony do pierwotnego zakresu poziomu, a przy słabym sygnale następuje redukcja szumów. Oczywiście przy wdrażaniu takiego systemu zakres dynamiczny, mierzony jako stosunek maksymalnego transmitowanego sygnału do szumu przy braku sygnału, może znacznie przekroczyć ten sam stosunek zmierzony dla samego kanału transmisyjnego. Wyraźnie widać, że to pierwsza cyfra (tak duża) pojawia się jako wartość zakresu dynamiki w charakterystyce UWB. Charakteryzuje jednak raczej zakres dopuszczalnych poziomów sygnału wejściowego, podczas gdy stosunek sygnału do szumu w obecności sygnału (tj. chwilowy stosunek sygnału do szumu) jest określany przede wszystkim przez charakterystykę sam kanał transmisyjny. Bez dodatkowych środków, takich jak specjalne wyrównanie częstotliwości, użycie systemów wielopasmowych lub korektor dynamicznej odpowiedzi częstotliwościowej, stosunek sygnału do szumu w obecności sygnału nie może przekroczyć stosunku sygnału do kanału bez blokady szumów. Mówiąc najprościej, jeśli szum w kanale jest słyszalny nawet przy maksymalnym poziomie sygnału, stosowanie kompresji nie przynosi żadnych korzyści. Choć może się to wydawać niefortunne, tak właśnie dzieje się w większości przypadków. Wiąże się to z faktem, że rozpowszechnione założenie, że każdy głośny dźwięk powoduje niesłyszalność (maskowanie) wszelkich słabych dźwięków, w tym hałasu, generalnie nie jest prawdziwe. Znawcy psychoakustyki (nauki o percepcji dźwięków przez człowieka) już kilkadziesiąt lat temu ustalili fakt, że zjawisko maskowania działa tylko w ograniczonym zakresie częstotliwości, głównie w pobliżu częstotliwości głośnego (maskującego) sygnału. Najdobitniej odzwierciedlają to tzw. „krzywe maskujące” (ryc. 1, 2), z których w szczególności wynika, że w obecności dźwięków wąskopasmowych o głośności dochodzącej do 90…95 phon2 ludzki słuch w wielu częstotliwościach wciąż jest w stanie rozróżnić dźwięki, które są bliskie progu słyszalności przy braku sygnału maskującego. I dopiero zwiększenie głośności powyżej około 95 fonów prowadzi do odruchowego obniżenia czułości, chroniąc ucho przed uszkodzeniem.
Ucho ludzkie posiada więc swego rodzaju kompresor zakresu dynamicznego, który pozwala mu pracować z sygnałami w zakresie dynamicznym około 130 dB, przy jednocześnie postrzeganym (chwilowym) zakresie dynamicznym około 90 dB. Dlatego jeśli w obecności sygnału szum i zniekształcenia nie przekroczą bezwzględnego progu słyszalności lub -90 dB względem maksymalnego poziomu sygnału (biorąc pod uwagę nierówną czułość słuchu), to ani szum, ani zniekształcenia nie będą słyszalne pod żadnym pozorem. warunki (i sygnały). Jednak takich warunków nie zapewnia nawet większość wzmacniaczy, o magnetofonach nie wspominając. Dlatego inne podejście jest bardziej realistyczne: konieczne jest podjęcie działań, aby przy odtwarzaniu różnych sygnałów widma produktów szumu i zniekształceń systemu transmisji dźwięku przechodziły jak najniżej poniżej krzywych maskowania tych sygnałów. W szczególności w przypadku produktów zniekształceń intermodulacyjnych oznacza to, że powstawanie tonów różnicowych podczas przetwarzania sygnałów o wysokiej częstotliwości, jak również tonów sumarycznych z sygnałów o niskiej częstotliwości, jest wysoce niepożądane. Jednocześnie zniekształcenia harmoniczne tonów podstawowych mogą wynosić -50 dB i pozostać niezauważone. Jeśli chodzi o dźwięki, charakter ich percepcji jest inny niż dźwięków „zorganizowanych”. Zdolność ludzkiego słuchu do postrzegania hałasu zależy od widma i szybkości zmian użytecznego sygnału oraz dopuszczalnego stosunku sygnału do szumu w obecności sygnału o poziomie 85 ... 95 dB (w stosunku do próg słyszalności) wynosi od 40 ... sygnału do około 45 ... 75 dB dla czystych tonów, zwłaszcza na skrajach pasma częstotliwości audio. Średnio wynosi 85 ... 50 dB. Na tej podstawie można powiedzieć, że w zapisie magnetycznym tłumiki kompandera w większości przypadków działają „na granicy faulu”. Nawet jeśli kompresor i ekspander są idealnie dopasowane, jeśli kanał nagrywania-odtwarzania ma stosunek sygnału do szumu w obecności maksymalnego sygnału mniejszego niż 80 dB, mogą wystąpić sytuacje, w których szum będzie nadal słyszalny. Względny poziom szumów w kanałach nagrywania i odtwarzania magnetofonów analogowych, nawet przy braku sygnału, z reguły nie osiąga -80 dB. Pojawiająca się w opisach niektórych magnetofonów domowych (np. Tandberg SE-20) wartość ta została osiągnięta dzięki zastosowaniu niestandardowej korekcji częstotliwościowej, ale z utratą przeciążalności przy wyższych częstotliwościach. Ponadto w obecności sygnału poziom szumu w magnetofonie analogowym zawsze wzrasta i wynosi od -35 do -60 dB przy nominalnym poziomie sygnału. Ten zwiększony szum jest spowodowany obecnością sygnału i jest w przybliżeniu proporcjonalny do siły sygnału. Dlatego nazywa się to szumem modulacji. Podczas nagrywania czystego tonu o poziomie nominalnym widmo szumu modulacji na magnetofonie dobrej jakości składa się z dwóch składowych: stosunkowo wąskich wstęg bocznych spowodowanych pasożytniczą modulacją amplitudy i częstotliwości nagranego sygnału oraz szumu szerokopasmowego przekraczającego poziom szumu pauzy o 10 ... 25 dB, w zależności od częstotliwości sygnału i jakości taśmy. Wstęgi boczne, o ile ich całkowity poziom nie przekracza -40...-46 dB, przy ich niewielkiej szerokości (poniżej 5...8% częstotliwości środkowej), prawie nigdy nie są słyszalne, gdyż znajdują się pod odpowiednim maskowaniem krzywa (rys. 3a i 3b).
Składnik szerokopasmowy przy odtwarzaniu czystych tonów jest dość często słyszany (w postaci „brudnego” dźwięku) nawet na studyjnym magnetofonie-matce, ponieważ jego ogólny poziom rzadko spada poniżej -50 dB w stosunku do poziomu sygnału. Niestety są tylko dwa sposoby na obniżenie poziomu składowej szumu modulacji szerokopasmowej: poprawa jakości taśm i zwiększenie szerokości ścieżek nagrywania (każde podwojenie daje wzmocnienie tylko o 3 dB). Hałas modulacji sprawia wiele kłopotów: każdemu uderzeniu w klawisze fortepianu towarzyszą trzaski, jakby były ułożone papierem, basowe piszczałki organów bardzo syczą, instrumenty smyczkowe zaczynają przypominać instrumenty dęte, „piasek jest wylewanie” z talerzy itp. Notabene główną przyczyną słyszalnych różnic przy stosowaniu różnych rodzajów taśm magnetycznych jest właśnie różnica w wielkości zniekształceń intermodulacyjnych oraz w poziomie (a także w zależności od częstotliwości) szumu modulacji. Jedynym sposobem na zmniejszenie widoczności narastania szumu szerokopasmowego w obecności sygnału - tzw. korekcja podczas odtwarzania tłumi te części widma szumów, które nie są maskowane przez żądany sygnał (rys. 4).
Ta korekcja częstotliwości może być wykonana na kilka sposobów. Pierwszym i najbardziej oczywistym jest podział widma sygnału na osobne pasma, z których każde ma swój własny kompander. Dzięki temu obecność silnego sygnału w jednym z pasm nie powoduje pojawienia się szumu w pozostałych. Od dawna ustalono, że do zapewnienia akceptowalnej jakości pracy takiego systemu potrzebne jest od czterech do siedmiu pasm, co znacznie komplikuje konstrukcję tłumika i sprawia, że jego działanie ma kluczowe znaczenie dla dokładności odpowiedzi częstotliwościowej nagrania. kanał odtwarzania. Tak więc czteropasmowy Dolby-A zbudowany zgodnie z tą zasadą wymaga dostrojenia pasma przenoszenia magnetofonu z błędem nie większym niż ± 0,3 ... 0,5 dB. Drugi, prostszy sposób polega na zastosowaniu sieci korekcji o stałej częstotliwości, dobranej w taki sposób, aby dla większości sygnałów zapewnić odpowiedź częstotliwościową zbliżoną do optymalnej dla tłumienia szumu szerokopasmowego. Jakość działania takiego systemu zależy w dużej mierze od właściwego doboru charakterystyk korekcyjnych. Podobne podejście jest stosowane w większości kompanderów szerokopasmowych (High Com, ADRS, dbx itp.). Niestety, charakterystyki korekcyjne znanych autorowi kompanderów szerokopasmowych są dalekie od optymalnych. Trzecim sposobem jest zastosowanie kompanderów z adaptacyjną charakterystyką częstotliwościową, które automatycznie dopasowują się do widma sygnału wejściowego. Takie podejście (w połączeniu z łańcuchem o stałej charakterystyce częstotliwościowej) jest realizowane w systemie Dolby-S / SR Charakter zmiany charakterystyki częstotliwościowej kompresora pokazano na ryc. 5. System z adaptacyjną charakterystyką częstotliwościową z reguły doskonale przetwarza pojedyncze czyste tony i instrumenty monofoniczne, ale niestety możliwości adaptacji na rzeczywistym sygnale są ograniczone. Tak więc w systemie Dolby-S/SR, w obecności sygnałów szerokopasmowych, „rozciąganie” średnich częstotliwości podczas nagrywania ustaje. Podczas odtwarzania prowadzi to do „przebić” szumów i zniekształceń w zakresie częstotliwości od około 500…800 Hz do 2…4 kHz („nienaturalny środek”).
Oczywiście możliwe są również kombinacje tych metod. Wszystkie omówione powyżej metody zakładają, że charakterystyki czasowe i poziomowe kompresora i ekspandera są takie same, a kanał nagrywająco-odtwarzający nie zniekształca struktury sygnałów. W praktyce nie można na to liczyć, więc błędy śledzenia nieuchronnie pojawiają się w systemach kompandera. Ich wpływ na końcowy sygnał silnie zależy od konstrukcji systemu, ale sprowadza się głównie do dwóch punktów: do zniekształcenia procesów narastania i opadania dźwięków, co zmienia ich barwę, oraz do pojawienia się szumu pracy (trzaski i wyskakuje). Głównym powodem pojawienia się kliknięć i trzasków jest na przykład następujący fakt. Gdy kompresor szybko reaguje na skoki poziomu sygnału (na przykład podczas klaskania w dłonie), wszystkie częstotliwości w paśmie przetwarzanym przez kompresor są tłumione jednocześnie. Ze względu na przesunięcia fazowe składowe o różnych częstotliwościach docierają do ekspandera z opóźnieniem czasowym, ale są przetwarzane jednocześnie. W rezultacie w sygnale wyjściowym pojawiają się błędy impulsowe i odpowiednio kliknięcia uruchamiające (patrz ryc. 6a i 6b).
Jeśli chodzi o błędy poziomu sygnału, najczęściej wynikają one z błędów w odpowiedzi częstotliwościowej lub współczynniku transmisji kanału nagrywająco-odtwarzającego. Inną przyczyną błędów jest pasożytnicza modulacja amplitudy sygnału w kanale nagrywająco-odtwarzającym. I wreszcie, przy niskich poziomach sygnału, problem stanowi przenikanie różnych zakłóceń do obwodu sterującego sprężarki lub ekspandera. Aby zmniejszyć penetrację zakłóceń o częstotliwości radiowej (i podczerwono-częstotliwościowej) na wejściach kompandera, konieczne jest posiadanie filtrów środkowoprzepustowych, które odcinają sygnały o częstotliwościach spoza pasma częstotliwości audio. Brak takiego filtra często prowadzi do niesprawności tłumika w rzeczywistych warunkach. Właśnie ze względu na powyższe okoliczności dźwięk magnetofonu wyposażonego w któryś ze znanych kompanderów nie będzie wolny od problemów. Niestety, idealny (lub prawie bezbłędny) denoiser kompandera nie istnieje dzisiaj. Ponadto, w związku z rozwojem technologii cyfrowych, główna uwaga twórców UWB skierowana jest na tworzenie denoiserów. Jednak obecnie trwają prace nad ulepszeniem kompanderów. Pomyślne rozwiązania obejmują na przykład kompander w kanale audio systemu nagrywania wideo VHS-HiFi. Mimo to w masowych magnetofonach nadal stosuje się Dolby-B/C, rzadziej Dolby-S czy dbx. Dlatego każdorazowo, przed naciśnięciem przycisku, warto zastanowić się, czy konieczne jest użycie tego kompandera do tego nagrania? A jeśli oryginalne nagranie na CD jest średniej jakości, to i magnetofon. Autor: S. Ageev, Moskwa
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Sterownik MOSFET typu MAX5078 ▪ Molekularny układ elektroniczny
▪ sekcja serwisu Audiotechnika. Wybór artykułu ▪ artykuł Rozwiązywanie problemów. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Gdzie można zobaczyć 176 fontann, które działają bez pomp? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł żółta tęczówka. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Dolby Squelch. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Palec przez ucho. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony