Часто задаваемые вопросы по динамической обработке аудио сигнала. Динамический диапазон цифровых аудио трактов
"Чистые тоны субъективно воспринимаются громкими или тихими в зависимости от силы (интенсивности) звука. Сила звука (обозначаемая обычно символом I ) связана со звуковым давлением квадратичной зависимостью.
Это значит, что изменение силы звука пропорционально соответствующему изменению величины звукового давления, возведенному в квадрат (I пропорционально р2). Так, рост звукового давления в 2 раза влечет увеличение силы звука в 4 раза, при росте звукового давления в 3 раза сила звука возрастает в 9 раз и т.д. Сила звука определяется потоком той звуковой энергии, которая при распространении в пространстве проходит ежесекундно через каждый квадратный метр плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волны. Измеряют силу звука в Вт/м.
Человеческий слух по восприятию звуков разной силы ограничен. Человек начинает слышать при силе звука, превышающей или равной некоторой величине, называемой порогом слышимости (или слуховым порогом). Более слабые звуки слухового ощущения не вызывают. При увеличении силы звука достигается нормальная слышимость, а затем при еще больших амплитудах звуковых колебаний к воспринимаемому звуку добавляется осязаемое ощущение давления, и, наконец, при дальнейшем росте силы звука раздражение органа слуха становится болезненным.
Так называемый болевой порог ограничивает область Слышимости при больших уровнях интенсивности. Чувствительность человеческого уха зависит от частоты приходящего сигнала, поэтому уровень порога слышимости для разных частот различный.
При смешении из области оптимальной слышимости в сторону низких и высоких звуковых частот чувствительность человеческого уха резко падает. Это видно по поведению кривой порога слышимости вблизи краев диапазона слышимости. А вот болевой порог от частоты зависит слабо.
Звуковое давление, вызывающее у человека болевое ощущение, приблизительно равно 20 Па. На средних частотах звуковое давление, соответствующее болевому порогу, превышает порог слышимости примерно в миллион раз. Поскольку поток энергии звуковой волны с величиной звукового давления связан квадратичной зависимостью, то по силе звука у порога слышимости и болевого отличается в 1011 раз. Это отношение и определяет динамический диапазон слуха. При оценке динамического диапазона применяются специальные единицы измерения, не зависящие от способа вычисления.
Согласно психофизическому закону Вебера-Фехнера слух одинаково оценивает равные относительные изменения силы звука. Другими словами, изменение громкости кажется человеку одинаковым, если сила звука изменилась в одно и то же число раз (или на один и тот же процент относительно своей первоначальной величины), при этом восприятие не зависит от абсолютного уровня силы звука. Так двукратный рост уровня тихого и громкого звука воспринимаются одинаково, хотя абсолютные приращения звукового давления существенно различны.
Минимальное изменение интенсивности звука, воспринимаемое нашим ухом, соответствует изменению звукового давления примерно в 1,12 раза (т.е. на 12%), что соответствует изменению силы звука в 1,25 раза (т.е. на 25%).
Итак, наряду со способностью различать звуки, имеющие уровни, отличающиеся в сотни и тысячи миллионов раз, человеческое ухо хорошо реагирует и на очень малые изменения уровней. Это объясняется логарифмическим законом восприятия. Наши ощущения изменений громкости пропорциональны не изменениям силы звука, а логарифму этих величин.
L=C lg I 2 / I 1,
где
L - кажущееся изменение громкости,
I 1 , I 2 - сила звука соответственно до и после его изменения,
С- коэффициент пропорциональности.
Например, если сила звука изменится в 100 раз, то субъективное ощущение громкости изменится пропорционально 2 (т.к. lg100 = 2); если это изменение- 1000, то громкость возрастет в 3 раза (т.к. lg1000 = 3); рост силы звука в 10000 раз воспринимается как 4-кратное увеличение громкости. Поэтому принято измерять увеличение или уменьшение силы звука в специальных логарифмических единицах- "белах" (Б). Различие величин звуковой энергии (силы звука) в белах: N6 = lg I 2 / I 1 Б.
Иными словами, десятикратное изменение силы звука оценивается одним Белом. Например,
если I 2 = 10/ I 1 то lg I 2 / I 1 = lg10 = 1, т.е. N Б = 1 Б;
если I 2 = 100/ I 1 , то lg100 = 2 и N Б = 2 Б.
Мелкие изменения звуковых уровней измеряют в долях Бела. На практике в основном используется производная от Бела единица измерения, равная десятой части Бела, т.е. децибел (дБ).
Изменение уровня силы звука, выраженное в дБ, равно численному значению десятичного логарифма отношения сравниваемых уровней, умноженному на 10, т.е. N дБ = 10 lg I 2 / I 1 .
Обратимся к примерам.
Пусть N = I 2 / I 1 = 100 (I 2 > I 1 - усиление ), тогда N дБ = 10 lg100 = 10*2 = 20 дБ.
Пусть N = I 2 / I 1 = 1/100 (I 2 < I 1 - ослабление), тогда N дБ = 10 lg0,01 = 10·(-2) = -20 дБ.
Из этих примеров видно, что рост уровня выражается в децибелах положительным числом, а уменьшение - отрицательным.
Оценка изменений интенсивности звука в логарифмических единицах удобна еще и потому, что она дает возможность весь слышимый диапазон звуковых колебаний изобразить графически.
Громкостью называют субъективное качество, определяющее силу слухового ощущения, вызываемого звуком у слушателя. Громкость не может быть определена только величиной силы звука, так как она зависит от частотного состава звукового сигнала, от условий его восприятия и длительности воздействия. В акустике для количественной оценки громкости применяют метод субъективного сравнения измеряемого звука с эталонным, в качестве которого применяется синусоидальный тон частоты 1000 Гц. В процессе сравнения уровень эталонного тона изменяют до тех пор, пока эталонный и измеряемый звуки станут казаться равногромкими.
Как уже было сказано выше, чувствительность слуха зависит от частоты звукового сигнала. Порог слышимости, изображенный графически, представляет собой кривую, опускающуюся ниже всего в области частот 3000-4000 Гц и поднимающуюся к краям звукового диапазона. Из этой формы кривой следует, что для равногромкого ощущения интенсивность высоких и низких частот должна быть выше, чем средних.
Для практической работы важно помнить, что кривые равной громкости, как бы, выпрямляются с ростом общей громкости прослушивания. Другими словами, частотная зависимость слуха в большей степени сказывается при тихом прослушивании, чем при громком. Это важно учитывать, если, например, музыка, записанная при высоких уровнях громкости, будет прослушиваться тихо. В этом случае может возникнуть кажущееся изменение соотношений между частотными составляющими музыкального произведения. Так, при малой громкости прослушивания, из-за ослабления чувствительности слуха на низких и отчасти на высоких частотах звучание может казаться обедненным, лишенным сочности, естественности. Весьма желательно поэтому, чтобы в студиях звукозаписи громкоговорители работали с одинаковым уровнем громкости: это уменьшит возможность ошибок при субъективной оценке качества звучания.
Практически уровень громкости измеряется и настраивается в студиях при помощи специального электроакустического прибора – шумомера.
Примерные уровни громкости некоторых типичных звуковых источников приведены в таблице
Громкость зависит от условий, в которых звук воспринимается слушателем. Здесь, в первую очередь, следует учитывать эффект звуковой маскировки, напомнив, что в реальных условиях акустический сигнал не существует в условиях абсолютной тишины. Вместе с ним на слух воздействуют те или иные посторонние шумы, затрудняющие слуховое восприятие и, как в таких случаях говорят, маскирующие, в определенной степени, основной сигнал.
Так, при передаче оркестрового произведения из-за маскировки аккомпанементом может стать плохо разборчивой, невнятной партия солиста. Если одновременно существуют два сложных звуковых сигнала (например шум и музыка), возникает эффект взаимной маскировки. При этом, если основная энергия сигналов принадлежит к одной и той же области звуковых частот, то эффект взаимной маскировки будет наиболее сильным.
Речь в записи становится менее разборчивой не только из-за маскирования другими звуками, но и в результате самомаскировки при воспроизведении с громкостью большей, чем она звучит в природе. Этот недостаток в известной мере устраняется компрессированием. При воспроизведении скомпрессированной речевой фонограммы звук воспринимается достаточно громким, в то время как индикатор модуляции может показывать небольшие отклонения."- пишет Б.Я.Меерзон -"Акустические основы звукорежиссуры". Уч. изд. ГИТР
"В настоящее время существует огромное множество различных процессоров для динамической обработки звуковых сигналов - это различного рода компрессоры, гейты, экспандеры, левеллеры, лимитеры, и т.д. и т.п. В этом многообразии нетрудно и запутаться. Какой прибор необходим в конкретной ситуации?
Устройства динамической обработки сигналов применяются в двух случаях - либо в художественных целях, либо для получения более качественного звучания.
Заявляемые для распространённого сейчас носителя (CD) цифры - динамический диапазон в 96дБ - не совсем верны. То есть, если рассматривать их как отношение самого громкого сигнала к уровню шумов в паузе - цифры, безусловно, правильны. Однако это справедливо только для сигналов максимальной амплитуды. Динамический диапазон CD реально составляет величину, существенно меньшую, чем 96дБ.
Динамический же диапазон реальных сигналов может быть гораздо больше - например, для симфонического оркестра он может составлять до 120дБ! И как его “впихнуть” в ограниченный диапазон тракта?
Все устройства динамической обработки можно разделить на два больших класса - по характеру взаимосвязи их коэффициента усиления и уровня входного сигнала.
Если при увеличении уровня входного сигнала коэффициент передачи устройства уменьшается - то это компрессор и/или его разновидности. Такие, как лимитер, левеллер, “дакер”, и др.
Если же при увеличении входного сигнала коэффициент передачи устройства также увеличивается - то это экспандер или гейт.
Компрессор и его производные
Название компрессор происходит от английского глагола “to compress” - сжимать. Как следует из самого названия, компрессор - это устройство для сжатия, в данном конкретном случае - динамического диапазона исходного звукового сигнала.
Основными параметрами компрессии являются: степень компрессии “ratio”, порог срабатывания “threshold”, а также время срабатывания “attack” и время восстановления “release”. Первые две величины отражены на графике компрессии.
На этом рисунке по горизонтали отложено входное напряжение компрессора, выраженное для удобства в децибелах, по вертикали - выходное, а толстая линия - это проходная характеристика компрессора. На этом графике видно, что выходной сигнал - в точности равен входному, до точки срабатывания (начала работы) компрессора - THRESHOLD (порог срабатывания). Начиная с этой точки, выходной сигнал компрессора увеличивается в меньшей степени, чем входной, т.е. осуществляется компрессия. Мерой компрессии служит степень компрессии (RATIO).
Степень компрессии - это отношение величины приращения входного сигнала к величине вызванного им приращения выходного сигнала. (При этом - измеряемые величины должны быть выражены в децибелах!)
RATIO=dUвх(дБ)/dUвых(дБ)
Динамические характеристики компрессоров определяются временами срабатывания ATTACK и восстановления RELEASE.
Время срабатывания (ATTACK) - это промежуток времени между моментом, когда от источника подаётся скачок сигнала с уровнем на 6 дБ выше исходного, и моментом, когда выходной уровень достигает значения на 2 дБ выше установившегося значения выходного сигнала.
Время восстановления (RELEASE) - это промежуток времени между моментом, когда уровень сигнала источника уменьшается на 6 ДБ от исходного, и моментом, когда выходной уровень достигает значения на 2 дБ ниже его установившегося значения.
Естественно, что всё это должно происходить в области уровней входного сигнала, лежащих выше порога срабатывания!
По характеру реакции на входной сигнал все компрессоры можно разделить на две большие группы - с ручным управлением параметрами компрессии, и “автоматизированные”, с той или иной степенью автоматического управления этими параметрами.
В “ручных” - все динамические параметры задаются пользователем. Это обеспечивает очень большую свободу в их выборе, для получения тех или иных необходимых вам художественных результатов. Ведь не секрет, что компрессором можно изменить исходное звучание как угодно, хоть до “полной неузнаваемости”. Вот “ручной” компрессор - как раз и служит именно для этого, для специального преднамеренного изменения характера исходного звучания в нужную вам сторону. В зарубежной литературе этот тип компрессоров часто носит название CREATIVE - “творческий”, “созидательный”.
Соответственно, для их правильного использования - необходима достаточно высокая квалификация, а то ведь вместо улучшения звука можно его непоправимо испортить! Учтите: Перекомпрессированный сигнал исправить в дальнейшем невозможно!
В противоположность этому, в автоматизированных компрессорах - динамические параметры раз и навсегда установлены изготовителем, и их изменение пользователем невозможно. Хотя некоторые серьёзные производители, выпускающие действительно добротную продукцию, в ряде моделей предлагают пользователю на выбор несколько алгоритмов автоматизации, для различных вариантов обработки.
Как правило, большинство автоматизированных компрессоров не изменяют динамические параметры звука сколько-нибудь существенным образом, а только “выравнивают” исходное звучание, делают его более плотным и насыщенным.
Помимо основных, в некоторых моделях компрессоров имеются и некоторые дополнительные устройства, улучшающие их потребительские свойства.
Так, например, для уменьшения заметности момента включения компрессора в работу многие компрессоры имеют так называемый "мягкий порог" (Soft Threshold), обеспечивающий плавное вхождение в режим компрессии. На рисунке изображены проходные характеристики (зависимость уровня выходного сигнала от уровня входного) для двух компрессоров - обычного (ломаная линия 1) и компрессора с "мягким порогом" (кривая 2).
Как видно из рисунка, во втором случае по мере возрастания входного сигнала степень компрессии увеличивается плавно, а не включается скачкообразно, как в обычном компрессоре. Таким образом, удаётся сильно ослабить заметность начала компрессии, сделать этот момент практически неслышным.
Лимитер. В принципе, это не какой-то “отдельный вид” компрессоров, а всего лишь один из частных случаев работы компрессора. Лимитирование отличается от компрессирования, прежде всего степенью компрессии RATIO. Для лимитирования достаточно перевести этот регулятор в положение RATIO=бесконечность:1, при этом - независимо от приращения входного сигнала - уровень сигнала на его выходе увеличиваться не будет. (Естественно, что речь идёт о сигналах, лежащих выше порога срабатывания!) Но... Здесь есть одна тонкость.
Дело в том, что основное предназначение лимитера - защита последующих узлов тракта от перегрузок. Любых, даже малейших. При этом он должен на 100% не допускать превышения, установленного Вами выходного уровня, но абсолютно не трогать сигналы, лежащие ниже порога срабатывания. Отсюда - с неизбежностью следует вывод, что компрессоры с “мягким коленом” - принципиально непригодны для этих целей. Ведь для них само понятие “порога” имеет весьма расплывчатый смысл.
Лимитер, помимо большего RATIO, имеет и принципиально иные динамические характеристики. В самом деле - он должен очень быстро (в идеале - мгновенно!) “съесть” сигнал перегрузки, и столь же быстро вернуться к исходному состоянию. В автоматизированном компрессоре получить это - попросту невозможно.
Де-ессер, де-поппер.
Экспандер - это “компрессор наоборот”. Название - происходит от английского глагола “to expand” - расширять, растягивать. У него, как ранее уже отмечалось, коэффициент передачи пропорционален уровню входного сигнала, т.е. чем громче входной сигнал - тем громче выходной. Существуют две основных разновидности экспандера - “экспандер вверх” (Upward Expander) и “экспандер вниз” (Downward Expander).
Отличаются они по характеру реагирования на входной сигнал. “Экспандер вверх” - обрабатывает только сигналы, лежащие выше порога его срабатывания, делая громкие - более громкими. Тихие же сигналы, ниже порога срабатывания, он не трогает. В реальной практике почти не встречается, единственное исключение - гитарный бустер.
“Экспандер вниз” - наоборот, не трогает сигналы выше порога срабатывания, а только делает тише сигналы, лежащие ниже этого порога. В принципе, по характеру своего действия на сигнал - это устройство схоже с гейтом, и, как правило, применяется для аналогичных целей, для подавления слабых - но мешающих - сигналов. В этом качестве “экспандер вниз” входит составной частью практически во все шумоподавители (денойзеры).
Гейт - один из самых распространённых приборов динамической обработки. Его название происходит от английского слова “Gate” - клапан, ворота. Основное, “исходное” назначение гейта - отсечка сигналов малого уровня, для которых он и является своеобразным клапаном, не пропуская их на выход.
Динамика обработанного гейтом сигнала - будет отличаться от исходной. Сигналы, лежащие ниже порога срабатывания, будут полностью подавлены. У сигналов же выше порога - атаки будут зависеть от соотношения их исходной скорости и времени открывания гейта, т.е. результирующая - может быть как более “резкая”, так и более плавная. Аналогично - и с процессом затухания сигнала RELEASE. С той только разницей, что затухание исходного сигнала гейтом не удлинить. Можно только укоротить.
Именно это свойство гейта - менять динамику сигналов - как раз и является той главной причиной, по которой гейт получил столь широкое распространение."- написал М.Чернецкий. "Устройства динамической обработки сигналов ". "Звукорежиссёр"
Слушая музыку, очень часто можно столкнуться с засилием «басов» в записанной фонограмме. Такое положение сложилось в ходе эволюционного развития , когда стремились расширить спектр музыкального произведения как в сторону высоких частот, так и в сторону низких.
Для воспроизведения низкочастотных составляющих спектра звуковых частот нередко используются специальные громкоговорители сабвуферы. Жителям многоквартирных домов порой не дают покоя ритмичные удары, приходящие по стенам и перекрытиям: это «работают барабаны» ударных музыкальных инструментов.
Мы воспринимаем звуки благодаря органам слуха (ушам), а в области низких частот еще и всем телом (за счет так называемой «костной проводимости»). С возрастом диапазон воспринимаемых верхних частот сужается, а в области низких наблюдается подъем, поскольку кости становятся более потными и лучше проводят НЧ-колебания. В результате, пожилой чеповек воспринимает звукочастотный спектр музыкального произведения совсем по-другому, чем молодежь. «Барабаны» начинают раздражать.
Что же делать? Как снова сделать музыку нормальной и «душевной». Для этого можно использовать усилитель со специальной приставкой экспандером (расширителем динамического диапазона), которая, не умаляя значения низких частот в фонограмме, позволяет поднять уровень средних и высоких.
В отличие от темброблока, подъем уровня этих частот происходит в динамическом режиме: чем громче звук, тем больше усиление УМЗЧ. На качество звука несомненно влияет динамический диапазон тракта звукопередачи (отношение наибольшей звуковой мощности к наименьшей). Заявляемый для наиболее распространенных сейчас носителей (CD, DVD и пр.) динамический диапазон звука 96 дБ не совсем такой.
То есть, если рассматривать отношение самого громкого сигнала к уровню шумов в паузе цифра, безусловно, правильная. Однако это справедливо только для сигналов максимальной амплитуды.
Реальные же звуковые сигналы имеют довольно большой пик-фактор, так что от 96 дБ необходимо отнять примерно 15.. .20 дБ. Вот уже осталось менее 80 дБ. Затем необходимо учесть, что в цифровых трактах качество сигналов сильно ухудшается при уменьшении их амплитуды.
И сигнал с уровнем -60 дБ передается всего лишь 6 разрядами цифрового кода, а при этом говорить о сколько-нибудь приличном звучании уже не приходится. Таким образом, динамический диапазон CD реально составляет величину, существенно меньшую, чем 96 дБ. А динамический диапазон реальных сигналов может быть гораздо больше. Например, для симфонического оркестра он может доходить до 120 дБ.
И как его «впихнуть» в ограниченный диапазон тракта? Таким образом, при передаче или во время записи сжатие динамического диапазона необходимо. Оно производится автоматически с помощью специального устройства компрессора или вручную оператором-тонмейстером. Восстановление естественного динамического диапазона на воспроизводящей стороне можно осуществить, если взять устройство с характеристикой, обратной компрессору.Такое устройство называется «экспандером».
Для безыскаженной работы экспандера необходимо, чтобы расширение динамического диапазона осуществлялось по закону, обратному компрессированию. Сохранить эту закономерность трудно, если учесть, что компрессирование часто осуществляется вручную. Из-за этого экспандеры широкого применения не нашли.
Тем не менее, они позволяют расширить динамический диапазон усилителя на 10… 14 дБ при малом уровне искажений, особенно если выбрать кривую регулировки с учетом оптимального слухового восприятия. Такие экспандеры даже при ручном компрессировании заметно улучшают качество воспроизведения.
Структурная схема расширителя динамического диапазона (экспандер)
Принцип действия экспандера поясняет структурная схема на рис.1. Между первым (У 1) и вторым (У2) каскадами усилителя включается делитель, состоящий из постоянного резистора Rc и регулируемого Ri, функции которого выполняет лампа или транзистор (сопротивлением конденсатора Ск на средних и высоких частотах можно пренебречь).
При таком включении делителя коэффициент усиления усилителя зависит от сопротивления Ri, определяющего коэффициент передачи напряжения с первого каскада на второй. Изменение сопротивления Ri осуществляется схемой управления. Сигнал с выхода У1 через дифференцирующую цепочку ДЦ поступает на регулятор ширины динамического диапазона Rд, с него на каскад усиления УЗ экспандера.
Дифференцирующая цепочка предотвращает срабатывание экспандера при пиках напряжения в области басов, обладающих ярко выраженным ударным характером (барабан, контрабас и т.д.). С выхода УЗ сигнал подается на детектор Д, выделяющий постоянное управляющее напряжение, которое через интегрирующую цепочку ИЦ подается на управляющий элемент Ri.
Когда напряжение звуковой частоты на входе усилителя УЗ незначительно, управляющее напряжение близко к нулю, сопротивление Ri мало, и на вход второго каскада У2 сигнал практически не поступает, так как коэффициент передачи делителя Rc-Ri совсем мал. По мере возрастания входного сигнала управляющее напряжение и сопротивление Ri увеличиваются, что приводит к увеличению коэффициента передачи делителя Rc-Ri и коэффициента усиления усилителя.
При максимальных уровнях входных сигналов Ri=max, и коэффициент усиления усилителя достигает предельного значения, что соответствует максимальному расширению динамического диапазона. Регулятор громкости РГ часто устанавливается перед вторым каскадом усиления, чтобы регулирование громкости не вызывало изменения заданного динамического диапазона.
Конденсатор Ск обеспечивает тон- коррекцию в области низких частот при малых уровнях низкочастотного сигнала. Его действие аналогично действию конденсаторов в тон-компенсированных регуляторах громкости, поэтому частотная характеристика экспандера в области низких частот совпадает с кривой чувствительности уха.
АЧХ расширителя динамического диапазона (экспандер)
Постоянная времени нарастания управляющего напряжения на выходе интегрирующей цепочки составляет 0,2…0,3 с, времени спада - 0,5…0.6. Амплитудно-частотные характеристики экспандера, показывающие расширение динамического диапазона, приведены на рис.2.
На низких частотах имеется подъем частотной характеристики, соответствующий особенностям звукового восприятия. Естественно, при возрастании громкости в процессе расширения динамического диапазона уровень уже поднятых басов не должен подниматься в такой же мере, как уровень средних и высоких частот.
Физиологически правильное расширение динамического диапазона с увеличением частоты достигается за счет конденсатора Ск, емкостное сопротивление которого на низких частотах велико. Благодаря тому, что величина максимального расширения динамического диапазона зависит от частоты и быстро уменьшается на частотах ниже 300 Гц, при сравнительно небольшом запасе выходной мощности усилителя получается расширение динамического диапазона порядка 10…12 дБ.
Усилитель с экспандером, описанный я опробовал в нескольких конструкциях (в стереоварианте, в единой конструкции с приемником и пр.). В процессе экспериментов «родился» модернизированный вариант лампового УМЗЧ с экспандером (рис.3). Изменения схемы усилителя коснулись темброблока, оконечного каскада и цепей питания.
Параметры усилителя по отношению к изменились в лучшую сторону, хотя коэффициент усиления УМЗЧ незначительно снизился за счет ультралинейного включения ламп в оконечном каскаде и темброблока, работающего в цепи усиления сигнала. Частотный диапазон УМЗЧ расширен и составляет 20…20000 Гц с неравномерностью около 1,5…2 дБ. Глубина регулировки тембра в области НЧ и ВЧ ±20 дБ.
Лампы оконечного каскада следует выбирать из одной партии. Если есть возможность, лучше отобрать идентичные по параметрам экземпляры, используя измеритель параметров радиоламп. Выходной трансформатор должен быть с симметричными секциями первичной обмотки. Они наматываются на узких каркасах (каждая), которые затем одеваются на сердечник. Вторичные обмотки аналогично.
Можно применить и готовый трансформатор, например, от магнитофона «Дмпро-И» или другой ламповой техники, имеющей двухтактный выходной каскад, построенный по ультралинейной схеме. Такой трансформатор обеспечит удовлетворительное качество звучания, хотя и с немного повышенным коэффициентом искажений из-за неполной симметрии выходного каскада.
Вторичную обмотку обратной связи с большим количеством витков (в трансформаторе от магнитофона «Днтро-1Г) можно использовать, например, для работы с трансляционной линией. Выходные каскады на триодах имеют низкое выходное сопротивление (импеданс), что упрощает выходные трансформаторы и способствует хорошему демпфированию акустических систем.
Это влечет за собой увеличение межвитковой емкости в них и. как следствие, завал частотной характеристики в области высоких частот. Из-за большой разницы в количествах витков эффект демпфирования нагрузки в таких усилителях ослаблен. Попытка соединить положительные качества УМЗЧ с выходом на триодах и пентодах привела к ультралинейной схеме включения ламп.
Действительно, если соединить экранные сетки ламп VL4 и VL5 с их анодами, получим триоды, а с источником анодного питания пентоды. Подключая экранные сетки к части витков первичной обмотки выходного трансформатора Т2, получаем компромиссный вариант со всеми вытекающими последствиями.
Сигналы от различных источников (микрофона, телевизора, радиоприемника или трансляционной линии) выбираются переключателем SA1 и через разделительный конденсатор С1 поступают в цепь управляющей сетки левого (по схеме) триода лампы VL1. Резисторы R1 и R2 служат делителем напряжения, поступающего из трансляционной линии, R3 уменьшает щелчки при коммутации SA1, R4 обеспечивает утечку для управляющей сетки триода.
Резистор R8 определяет режим триода по постоянному току и одновременно является звеном отрицательной обратной связи по току 34, что уменьшает шумы и искажения каскада. Резисторы R5, R6 и R9 в анодной цепи левого триода лампы VL1 служат для согласования входов экспандера и последующего каскада. Конденсаторы С2 и С6 разделительные по постоянному току.
Конденсатор С12 и резистор R22 осуществпяют частотную коррекцию сигнала, необходимую для нормальной работы экспандера. Для уменьшения шорохов, тресков и наводок регулятор громкости перенесен со входа усилителя на вход его второго каскада: перемещением движка потенциометра R10 производится регулировка громкости.
С движка этого потенциометра сигнал поступает на управляющую сетку второго триода VL1, усиливается им и с анодной нагрузки (R12) через разделительный конденсатор С7 подается на темброблок для коррекции. Резистор R11 обеспечивает автоматическое смещение рабочей точки этого триода, а конденсатор С5 устраняет отрицательную обратную связь по току в области высоких частот.
Переменные резисторы R47 и R50 осуществляют изменение АЧХ в области высоких и низких звуковых частот соответственно. С темброблока скорректированный 34-сигнал поступает на управляющую сетку триода VL2a. Утечка сетки осуществляется через резисторы R48, R50, R51. Резистор R20 обеспечивает отрицательное смещение на управляющей сетке этого триода и отрицательную обратную связь по току 34.
Усиленный этим триодом сигнал с резистора анодной нагрузки R21 через конденсатор С17 подается в цепь управляющей сетки триода VL3. Резистор R30 обеспечивает утечку сетки этого триода. R32 и R33 автоматическое смещение на сетке этого триода, а также обратную связь по току 34 и согласование отрицательной обратной связи с выхода УЗЧ (через R44 со вторичной обмотки выходного трансформатора Т2).
Триод VL26 служит фазовращателем: сигналы на нагрузках R35 и R37 равны и противоположны по фазе для обеспечения поочередной работы ламп оконечного каскада, выполненного по так называемой «пушпульной» (англ. Push-pull) двухтактной схеме на пентодах VL4 и VL5. Противофазные сигналы подаются в цепи управляющих сеток пентодов через разделительные конденсаторы С19 и С20. Конденсаторы С21 и С22 устраняют отрицательную обратную связь по току 34 в оконечном каскаде.
Цепочки R42-C23 и R43-C24 выравнивают сопротивления секций первичной обмотки выходного трансформатора Т2 для токов 34 разных частот (при их отсутствии возможен даже междувитковый пробой в обмотках Т2). Ультралинейная схема включения выходных ламп промежуточная между триодным и пентодным включением. Симметричным перемещением отводов по секциям первичной обмотки можно установить наиболее желаемый режим работы каскада.
Чем ближе отводы к анодам ламп, тем качественней звук, но ниже выходная мощность. При самостоятельном изготовлении выходного трансформатора можно сделать ряд симметричных выводов от первичной обмотки Т2 и при настройке их переключать. Выходной трансформатор выполнен на сердечнике Ш 19×33. Обмотка 1-2 содержит 72 витка провода ПЭЛ 00,69 мм, обмотка 3-4 - 800 витков ПЭЛ 00,15 мм, обмотка 5-6-7 800+600 витков ПЭЛ 00,15 мм. обмотка 7-8-9 - 600+800 витков ПЭЛ 00,15 мм. Дроссель фильтра питания рассчитан на ток 150 мА (сердечник Ш 19×28, содержит 3000 витков ПЭЛ 00,2 мм).
Экспандер работает так. В режиме молчания, при замкнутых контактах SA2, между цепью прохождения сигнала и общим проводом включена последовательная цепочка C4-VL7. Эпектронно-оптический индикатор VL7 (лампа 6Е1П) выступает здесь в роли переменного резистора, управляемого амплитудой напряжения усиливаемого сигнала. Характеристика экспандера частотнозависимая.
В области высоких и средних звуковых частот увеличение громкости звука приводит к увеличению динамического сопротивления лампы VL7, что вызывает увеличение уровня усиливаемого сигнала, т.е. чем громче сигнал, тем больше коэффициент усиления УЗЧ. Максимальное расширение составляет 10… 14 дБ (VL7 практически закрыта).
На низких частотах экспандер фактически не работает за счет выбора параметров корректирующей цепочки C12-R22, которая пропускает на управляющую сетку левого (по схеме) триода VL6 только ВЧ и частично СЧ-составляющие (через С12), нижние частоты ослаблены большим сопротивлением R22.
Переменным резистором R46 регулируется глубина расширения динамического диапазона.
Конденсатор С13 разделительный, сравнительно небольшой емкости, чтобы снизить уровень НЧ-составляющих. Катод лампы соединен напрямую с общим проводом, и смещение рабочей точки осуществляется только за счет тока сетки. Правый триод VL6 работает как диод, осуществляя выпрямление переменного напряжения 34.
Следом идет интегрирующая цепочка для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения и обеспечения управления лампой VL7 с соответствующей динамикой. Резистором R29 производится начальная установка режима индикации лампы VL7 «узкий» светящийся сектор без сигнала и нижнем по схеме положении движка R46.
Питание усилителя от сети переменного тока осуществляется через трансформатор Т1 (от старых радиол I класса). Напряжения указаны на схеме, допустимо их отличие до ±10%. Поточнее лишь следует подобрать напряжение накала (6,3 В), особенно при самостоятельной намотке силового трансформатора. Лампа предварительных каскадов VL1 питается от отдельной обмотки накала, между проводами которой включен подстроечный балансировочный резистор R52.
В полностью собранном усилителе с подключенной акустической системой и отключенном экспандере устанавливают максимальную громкость, регуляторы тембра в положение максимальной полосы (подъем низких и высоких частот). Вращением движка R52 на выходе устанавливается минимальный уровень фона переменного тока и шумов.
Накал к другим лампам подводится скрученными между собой проводами (от другой обмотки 6,3 В). Соединение одного из проводов накала с общим проводом осуществляется непосредственно у одной из ламп (экспериментально, по минимуму фона). УЗЧ выполнен на таком же шасси, как в оригинале , с той же расстановкой ламп.Он позволяет почувствовать всю прелесть «мягкого лампового» звука.
Очень приятно звучат женские соло и дуэты, классическая музыка, эстрадные песни. Следует учитывать, что расширение динамического диапазона на 10 дБ означает увеличение мощности в 10 раз. Данный усилитель имеет выходную мощность порядка 12 Вт, поэтому не стоит пытаться «выдавить» из УЗЧ больше, чем он может дать. Кроме роста искажений, ничего «путного» не получится.
Внимание! Радиолюбителям, привыкшим к низковольтным транзисторным устройствам, следует быть особо осторожными при наладке этого усилителя, поскольку его цепи высоковольтные. Перепайку деталей можно осуществлять только при отключенном напряжении питания и спустя 20…30 с, чтобы успели разрядиться электролитические конденсаторы.
Партнерский материал
Введение
Одно из пяти чувств, доступных человеку, – слух. С помощью него мы слышим окружающий мир.
У большинства из нас есть звуки, которые мы помним из детства. У кого-то это голоса родных и близких, или скрип деревянных половиц в бабушкином доме, или, может быть, это стук колес поезда по железной дороге, которая была рядом. У каждого они будут своими.
Что вы ощущаете, когда слышите или вспоминаете звуки, знакомые из детства? Радость, ностальгию, грусть, тепло? Звук способен передавать эмоции, настроение, побуждать к действию или, наоборот, успокаивать и расслаблять.
Кроме этого, звук используется в самых разных сферах человеческой жизни – в медицине, в обработке материалов, в исследованиях морских глубин и многих, многих других.
При этом, с точки зрения физики, это всего лишь природное явление – колебания упругой среды, а значит, как и у любого природного явления, у звука есть характеристики, некоторые из которых можно измерить, другие – же только услышать.
Выбирая музыкальную аппаратуру, читая обзоры и описания, мы часто сталкиваемся с большим количеством этих самых характеристик и терминов, которые авторы используют без соответствующих уточнений и пояснений. И если некоторые из них понятны и очевидны каждому, то другие для неподготовленного человека не несут в себе никакого смысла. Поэтому мы решили простым языком рассказать вам про эти непонятные и сложные, на первый взгляд, слова.
Если вспомнить своё знакомство с портативным звуком, то началось оно довольно давно, и был это вот такой кассетный плеер, подаренный мне родителями на Новый год.
Он иногда жевал пленку, и тогда приходилось распутывать ее скрепками и крепким словом. Он поглощал батарейки с аппетитом, которому позавидовал бы Робин Бобин Барабек (который скушал сорок человек), а значит, и мои, на тот момент весьма скудные сбережения обычного школьника. Но все неудобства меркли по сравнению с главным плюсом - плеер давал непередаваемое ощущение свободы и радости! Так я «заболел» звуком, который можно взять с собой.
Однако я погрешу против истины, если скажу, что с того времени всегда был неразлучен с музыкой. Были периоды, когда было не до музыки, когда в приоритете было совсем другое. Однако все это время я старался быть в курсе происходящего в мире портативного аудио, и, так сказать, держать руку на пульсе.
Когда появились смартфоны, оказалось, что эти мультимедийные комбайны умеют не только звонить и обрабатывать огромные объемы данных, но, что было намного важней для меня, хранить и воспроизводить огромное количество музыки.
Первый раз я «подсел» на «телефонный» звук, когда послушал, как звучит один из музыкальных смартфонов, в котором были использованы самые передовые на тот момент компоненты обработки звука (до этого, признаюсь, не воспринимал всерьез смартфон в качестве устройства для прослушивания музыки). Я очень хотел себе этот телефон, но не мог себе его позволить. При этом я начал следить за модельным рядом этой компании, зарекомендовавшей себя в моих глазах как производитель качественного звука, однако получалось так, что наши с ней пути постоянно расходились. С того времени я владел различной музыкальной техникой, но не перестаю искать для себя по-настоящему музыкальный смартфон, который бы мог по праву носить такое имя.
Характеристики
Среди всех характеристик звука профессионал с ходу может огорошить вас десятком определений и параметров, на которые, по его мнению, вы обязательно, ну вот прям непременно должны обратить внимание и, не дай бог, какой-то параметр не будет учтен – беда…
Скажу сразу, я не сторонник подобного подхода. Ведь обычно мы выбираем оборудование не для «международного конкурса аудиофилов», а всё же для себя любимых, для души.
Все мы разные, и все мы ценим в звуке что-то свое. Кому-то нравится звук «побасовее», кому-то, наоборот, чистый и прозрачный, для кого-то окажутся важными определенные параметры, а для кого-то – совершенно другие. Все ли параметры одинаково важны и какими они бывают? Давайте разбираться.
Случалось ли вам сталкиваться с тем, что одни наушники играют на вашем телефоне так, что приходится делать тише, а другие, наоборот, заставляют выкручивать громкость на полную и всё равно не хватает?
В портативной технике немаловажную роль в этом играет сопротивление. Зачастую именно по значению этого параметра можно понять, будет ли вам хватать громкости.
Сопротивление
Измеряется в Омах (Ом).
Георг Симон Ом - немецкий физик, вывел и подтвердил на опыте закон, выражающий связь между силой тока в цепи, напряжением и сопротивлением (известен как закон Ома ).
Данный параметр еще называют импеданс.
Значение почти всегда бывает указано на коробке либо в инструкции к аппаратуре.
Бытует мнение, что высокоомные наушники играют тихо, а низкоомные наушники - громко, и для высокоомных наушников нужен источник звука помощнее, а низкоомным хватит и смартфона. Также часто можно услышать выражение – не всякий плеер сможет «раскачать» эти наушники.
Запомните, на одном и том же источнике низкоомные наушники будут звучать громче. Несмотря на то, что с точки зрения физики это не совсем верно и есть нюансы, фактически это самый простой способ описать значение этого параметра.
Для портативной техники (портативные плееры, смартфоны) чаще всего выпускаются наушники с сопротивлением 32 Ом и ниже, однако следует иметь в виду, что для различного типа наушников низким будет считаться разное сопротивление. Так, для полноразмерных наушников импеданс до 100 Ом считается низкоомным, выше 100 Ом – высокоомным. Для наушников же внутриканального типа («затычки» или вкладыши) показатель сопротивления до 32 Ом считается низкоомным, выше 32 ОМ – высокоомным. Поэтому, выбирая наушники, обращайте внимание не только на само значение сопротивления, но и на тип наушников.
Важно : чем выше сопротивление наушников, тем чище будет звук и тем дольше будет работать плеер или смартфон в режиме воспроизведения, т.к. высокоомные наушники потребляют меньше тока, а это, в свою очередь, означает меньше искажений сигнала.
АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)
Часто в обсуждении того или иного устройства, будь то наушники, колонки или автомобильный сабвуфер, можно услышать характеристику - «качает/не качает». Узнать, будет ли устройство, например, «качать» либо больше подойдет для любителей вокала, можно и не слушая его.
Для этого достаточно найти в описании устройства его АЧХ.
График позволяет понять, как устройство воспроизводит и другие частоты. При этом чем меньше перепадов, тем точнее аппаратура может передать исходный звук, а значит, тем ближе звук получится к оригиналу.
Если в первой трети нет ярко выраженных «горбов», то значит наушники не сильно «басовитые», а если наоборот, то они будут «качать», то же относится и к другим участкам АЧХ.
Таким образом, глядя на АЧХ, мы можем понять, какой у аппаратуры тембральный/тональный баланс. С одной стороны, можно подумать, что идеальным балансом будет считаться прямая линия, но так ли это?
Давайте попробуем разобраться подробнее. Так уж получилось, что человек для общения использует в основном средние частоты (СЧ) и, соответственно, лучше всего способен различать именно эту полосу частот. Если сделать устройство с «идеальным» балансом в виде прямой линии, боюсь, что прослушивание музыки на таком оборудовании вам не очень понравится, так как скорее всего высокие и низкие частоты будут звучать не так хорошо, как средние. Выход – искать свой баланс с учетом физиологических особенностей слуха и назначения оборудования. Для голоса один баланс, для классической музыки – другой, для танцевальной – третий.
По графику выше видно, какой баланс у данных наушников. Низкие и высокие частоты выражены больше, в отличие от средних, которых меньше, что характерно для большинства продуктов. Однако наличие «горба» на низких частотах не обязательно означает качество этих самых низких частот, так как они могут оказаться хоть и в большом количестве, но плохого качества – бубнящие, гудящие.
На итоговый результат будет влиять множество параметров, начиная от того, насколько грамотно была рассчитана геометрия корпуса, и заканчивая тем, из каких материалов сделаны элементы конструкции, и узнать это зачастую можно, только послушав наушники.
Чтобы до прослушивания примерно представлять, насколько качественным будет наш звук, после АЧХ следует обратить внимание на такой параметр, как коэффициент гармонических искажений.
Коэффициент гармонических искажений
По сути, это основной параметр, определяющий качество звучания. Вопрос только в том, что для вас качество. Например, всем известные наушники Beats by Dr. Dre на частоте 1кГц имеют коэффициент гармонических искажений почти 1,5% (выше 1.0% считается довольно посредственным результатом). При этом, как ни странно, указанные наушники популярны у потребителей.
Этот параметр желательно знать для каждой конкретной группы частот, потому что для разных частот допустимые значения разнятся. Например, для низких частот допустимым значением можно считать и 10%, а вот для высоких уже не более того самого 1%.
Не все производители любят указывать этот параметр на своих продуктах, т.к., в отличие от той же громкости, его довольно непросто соблюсти. Поэтому, если на устройстве, которое вы выбираете, есть подобный график и в нем вы видите величину не более 0,5%, следует присмотреться к этому устройству повнимательнее – это очень хороший показатель.
Мы уже знаем, как выбрать наушники/колонки, которые будут играть громче на вашем устройстве. Но как понять, насколько громко они будут играть?
Для этого существует параметр, о котором вы скорее всего не раз слышали. Его очень любят использовать ночные клубы в своих рекламных материалах, чтобы показать, насколько громко будет на вечеринке. Этот параметр измеряется в децибелах.
Чувствительность (громкость, уровень шума)
Децибел (дБ), единица измерения интенсивности звука – названа так в честь Александра Грэма Бэлла.
Александр Грэм Белл - учёный, изобретатель и бизнесмен шотландского происхождения, один из основоположников телефонии, основатель компании Bell Labs (бывш. Bell Telephone Company), определившей всё дальнейшее развитие телекоммуникационной отрасли в США.
Данный параметр неразрывно связан с сопротивлением. Достаточным принято считать уровень в 95-100 дБ (на самом деле это очень много).
Например, рекорд громкости был установлен группой Kiss 15 июля 2009 года на концерте в Оттаве. Громкость звука составила 136 дБ. По этому параметру группа Kiss обошла целый ряд знаменитых конкурентов, среди которых такие группы, как The Who, Metallica и Manowar.
При этом неофициальный рекорд принадлежит американской команде The Swans. По неподтверждённым сведениям, на нескольких концертах этой группы звук достигал громкости в 140 дБ.
Если захотите повторить или превзойти этот рекорд, помните, что громкий звук может быть расценен как нарушение общественного порядка – для Москвы, например, нормы предусматривают уровень звука, эквивалентный ночью 30 дБА, днем – 40 дБА, максимальный - 45 дБА ночью, 55 дБА днем.
И если с громкостью более-менее понятно, то вот следующий параметр понять и отследить не так-то просто, как предыдущие. Речь идет о динамическом диапазоне.
Динамический диапазон
По сути, это разница между самым громкими и тихими звуками без отсечения частот (перегрузки).
Каждый, кто хоть раз бывал в современном кинотеатре, испытывал на себе, что такое широкий динамический диапазон. Это тот самый параметр, благодаря которому вы слышите и, например, звук выстрела во всей его красе, и шорох ботинок крадущегося по крыше снайпера, который этот выстрел произвел.
Больший диапазон у вашей аппаратуры означает большее количество звуков, которое без потерь сможет передать ваше устройство.
При этом оказывается, что недостаточно передать максимально широкий динамический диапазон, нужно умудриться сделать это так, чтобы каждую частоту было не просто слышно, а слышно качественно. За это отвечает один из тех параметров, который без труда сможет оценить практически каждый при прослушивании высококачественной записи на интересующей его аппаратуре. Речь идет о детализации.
Детализация
Это умение аппаратуры разделять звук по частотам – низкие, средние, высокие (НЧ, СЧ, ВЧ).
Именно от этого параметра зависит то, насколько отчетливо будет слышно отдельные инструменты, то, насколько детальной будет музыка, не превратится ли она в просто в мешанину звуков.
Однако даже при самой лучшей детализации различная аппаратура может давать совершенно разные впечатления от прослушивания.
Это зависит от умения аппаратуры локализовать источники звука .
В обзорах музыкальной техники данный параметр нередко делят на две составляющих – стереопанорама и глубина.
Стереопанорама
В обзорах этот параметр обычно описывают как широкий или узкий. Давайте разберемся, что это такое.
Из названия понятно, что речь идет про ширину чего-либо, но чего?
Представьте, что вы сидите (стоите) на концерте вашей любимой группы или исполнителя. И перед вами на сцене в определенном порядке расставлены инструменты. Одни ближе к центру, другие дальше.
Представили? Пусть они начнут играть.
А теперь закройте глаза и попробуйте отличить, где находится тот или иной инструмент. Думаю, у вас без труда это получится.
А если инструменты поставить перед вами в одну линию друг за другом?
Доведем ситуацию до абсурда и сдвинем инструменты вплотную друг к другу. И… посадим трубача на рояль.
Как думаете, понравится вам такое звучание? Получится разобрать, где какой инструмент?
Последние два варианта чаще всего можно слышать в некачественной аппаратуре, производителю которой неважно, какой звук выдает его продукт (как показывает практика, цена при этом совсем не показатель).
Качественные наушники, колонки, музыкальные системы должны уметь выстраивать правильную стереопанораму в вашей голове. Благодаря этому, слушая музыку через хорошую аппаратуру, можно услышать, где расположен каждый инструмент.
Однако даже при умении аппаратуры создавать великолепную стереопанораму такое звучание все равно будет ощущаться неестественным, плоским из-за того, что в жизни мы воспринимаем звук не только в горизонтальной плоскости. Поэтому не менее важным оказывается такой параметр, как глубина звука.
Глубина звука
Вернемся на наш вымышленный концерт. Пианиста и скрипача отодвинем немного вглубь нашей сцены, а гитариста и саксофониста поставим чуть вперед. Вокалист же займет по праву принадлежащее ему место перед всеми инструментами.
На своей музыкальной аппаратуре вы это услышали?
Поздравляем, ваше устройство умеет создавать эффект пространственного звучания через синтез панорамы мнимых источников звука. А если проще, то у вашей аппаратуры хорошая локализация звука.
Если речь идет не о наушниках, то данный вопрос решается достаточно просто – используются несколько излучателей, расставленных вокруг, позволяющих разделить источники звука. Если же речь идет о ваших наушниках и в них это слышно, поздравляем вас второй раз, у вас весьма неплохие наушники по данному параметру.
Ваша аппаратура имеет широкий динамический диапазон, отлично сбалансирована и удачно локализует звук, но готова ли она к резким перепадам звука и стремительному нарастанию и спаду импульсов?
Как у нее с атакой?
Атака
Из названия, по идее, понятно, что это что-то стремительное и неотвратимое, как удар батареи «Катюш».
А если серьезно, вот что нам говорит об этом Википедия : Атака звука - первоначальный импульс звукоизвлечения, необходимый для образования звуков при игре на каком-либо музыкальном инструменте или при пении вокальных партий; некоторые нюансировочные характеристики различных способов звукоизвлечения, исполнительских штрихов, артикуляции и фразировки.
Если попытаться перевести это на понятный язык, то это скорость нарастания амплитуды звука до достижения заданного значения. А если еще понятней - если у вашей аппаратуры плохо с атакой, то яркие композиции с гитарами, живыми ударными и быстрыми перепадами звука будут звучать ватно и глухо, а значит, прощай хороший hard rock и иже с ним…
Кроме всего прочего, в статьях часто можно встретить такой термин, как сибилянты.
Сибилянты
Дословно – свистящие звуки. Согласные звуки, при произношении которых поток воздуха стремительно проходит между зубами.
Помните этого товарища из диснеевского мультфильма про Робина Гуда?
Вот в его речи очень, очень много сибилянтов. И если ваша аппаратура так же свистит и шипит, то увы, это не очень хороший звук.
Ремарка: кстати, сам Робин Гуд из этого мультфильма подозрительно похож на Лиса из не так давно вышедшего на экраны диснеевского же мультфильма «Зверополис». Дисней, ты повторяешься:)
Песок
Еще один субъективный параметр, который невозможно измерить. А можно только услышать.
По своей сути близок к сибилянтам, выражается в том, что на большой громкости, при перегрузке, высокие частоты начинают распадаться на части и появляется эффект сыплющегося песка, а иногда и высокочастотное дребезжание. Звук становится каким-то шершавым и при этом рыхлым. Чем раньше это происходит, тем хуже, и наоборот.
Попробуйте дома, с высоты в несколько сантиметров, медленно высыпать горсть сахарного песка на металлическую крышку от кастрюли. Услышали? Вот, это оно.
Ищите звук, в котором нет песка.
Частотный диапазон
Одним из последних непосредственных параметров звука, который хотелось бы рассмотреть, является частотный диапазон.
Измеряется в герцах (Гц).
Генрих Рудольф Герц, основное достижение - экспериментальное подтверждение электромагнитной теории света Джеймса Максвелла. Герц доказал существование электромагнитных волн. Именем Герца с 1933 года называется единица измерения частоты, которая входит в международную метрическую систему единиц СИ.
Это тот параметр, который вы с вероятностью в 99% найдете в описании практически любой музыкальной техники. Почему же я оставил его на потом?
Начать следует с того, что человек слышит звуки, находящиеся в определенном частотном диапазоне, а именно от 20 Гц до 20000 Гц. Всё, что выше этого значения, – ультразвук. Все, что ниже, – инфразвук. Они недоступны человеческому слуху, зато доступны братьям нашим меньшим. Это знакомо нам из школьных курсов физики и биологии.
На деле же у большинства людей реальный слышимый диапазон куда скромнее, причем, у женщин слышимый диапазон сдвинут вверх относительно мужского, поэтому мужчины лучше различают низкие, а женщины высокие частоты.
Зачем же тогда производители на своих продуктах указывают диапазон, выходящий за рамки нашего восприятия? Может быть, это только маркетинг?
И да, и нет. Человек не только слышит, но и чувствует, ощущает звук.
Доводилось ли вам стоять вблизи играющей большой колонки или сабвуфера? Вспомните свои ощущения. Звук не только слышен, он еще и ощущается всем телом, имеет давление, силу. Поэтому чем больший диапазон указан на вашей аппаратуре, тем лучше.
Однако всё же не стоит придавать этому показателю слишком большое значение - редко встретишь аппаратуру, частотный диапазон которой уже границ человеческого восприятия.
Дополнительные характеристики
Все вышеперечисленные характеристики напрямую относятся к качеству воспроизводимого звука. Однако на итоговый результат, а значит, и на удовольствие от просмотра/прослушивания, влияет и то, какого качества у вас исходный файл и какой источник звука вы используете.
Форматы
Эта информация у всех на слуху, и большинство и так об этом знает, но на всякий случай напомним.
Всего выделяют три основных группы звуковых форматов файлов:
- аудиоформаты без сжатия, такие как WAV, AIFF
- аудиоформаты со сжатием без потерь (APE, FLAC)
- аудиоформаты со сжатием с потерями (MP3, Ogg)
Более подробно об этом рекомендуем прочесть, обратившись к Википедии .
Мы же для себя отметим, что использовать форматы APE, FLAC имеет смысл, если у вас аппаратура профессионального либо полупрофессионального уровня. В остальных же случаях обычно хватает возможностей формата MP3, пережатого из качественного источника с битрейтом от 256 кбит/сек (чем выше битрейт, тем меньше было потерь при сжатии звука). Однако это скорее дело вкуса, слуха и индивидуальных предпочтений.
Источник
Не менее важным является и качество источника звука.
Раз уж речь изначально шла про музыку на смартфонах, давайте рассмотрим именно этот вариант.
Еще не так давно звук был аналоговым. Помните бобины, кассеты? Это аналоговый звук.
И в ваших наушниках вы слышите аналоговый звук, который прошел две стадии преобразования. Сначала его из аналогового преобразовали в цифровой, а затем перед подачей на наушник/колонку обратно преобразовали в аналоговый. И от того, какого качества было это преобразование, в итоге будет зависеть результат – качество звучания.
В смартфоне за этот процесс отвечает ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь.
Чем качественнее ЦАП, тем качественнее будет звук, который вы услышите. И наоборот. Если ЦАП в устройстве посредственный, то какими бы ни были ваши колонки или наушники, о высоком качестве звука можно забыть.
Все смартфоны можно разделить на две основных категории:
- Смартфоны с выделенным ЦАП
- Смартфоны со встроенным ЦАП
На данный момент производством ЦАП для смартфонов занимается большое количество производителей. Что выбрать, вы можете решить, воспользовавшись поиском и прочитав описание того или иного устройства. Однако не забывайте, что и среди смартфонов со встроенным ЦАП, и среди смартфонов с выделенным ЦАП есть образцы с очень хорошим звуком и не очень, потому как немаловажную роль играют оптимизация операционной системы, версия прошивки и то приложение, через которое вы слушаете музыку. Кроме этого, существуют программные аудиомоды ядра, позволяющие улучшить итоговое качество звучания. И если инженеры и программисты в компании делают одно дело и делают его грамотно, то результат оказывается заслуживающим внимания.
При этом важно знать, что при прямом сравнении двух устройств, одно из которых оснащено качественным встроенным ЦАП, а другое – хорошим выделенным ЦАП, выигрыш неизменно будет за последним.
Заключение
Звук – неисчерпаемая тема.
Надеюсь, что благодаря этому материалу многое в музыкальных обзорах и текстах стало для вас понятнее и проще, а незнакомая ранее терминология обрела дополнительный смысл и значение, ведь всё легко, когда знаешь.
Обе части нашего ликбеза про звук написаны при поддержке компании Meizu. Вместо обычного расхваливания аппаратов мы решили сделать для вас полезные и интересные статьи и обратить внимание на важность источника воспроизведения при получении качественного звука.
Зачем это нужно для Meizu? На днях начался предзаказ нового музыкального флагмана Meizu Pro 6 Plus , поэтому компании важно, чтобы обычный пользователь знал о нюансах качественного звука и ключевой роли источника воспроизведения. Кстати, оформив оплаченный предзаказ до конца года, вы получите в подарок к смартфону гарнитуру Meizu HD50.
А еще мы подготовили для вас музыкальную викторину с развернутыми комментариями по каждому вопросу, рекомендуем попробовать свои силы:
Пэт Браун
раскрывает важнейшие понятия в оптимизации работы аудио-системы.
Достаточное отношение сигнал/шум является одной из характеристик профессионально разработанной системы звукоусиления. Термины «динамический диапазон» и «сигнал-шум» часто используются как синонимы, но при ближайшем рассмотрении оказывается, что они совсем не то же самое.
Динамический диапазон звуковой системы это разница в уровне между высшим пиком сигнала, который может быть воспроизведен системой (или устройством в системе) и амплитудой высшей спектральной составляющей шума.
Каждый электронный прибор имеет свой динамический диапазон, который определяется, прежде всего, ограничениями электропитания и уровнем остаточного шума прибора. Сильная узкополосная компонента порога шума устройства ограничивает динамический диапазон системы.
Соотношение сигнал/шум это разница между средним уровнем сигнала и средним уровнем шума. Устройство, которое работает на некоем среднем выходном уровне программного материала, должно иметь пики, которые превышают этот уровень на 10-20 дБ.
Именно поэтому мы держим средний уровень около «0» на RMS-индикации на мастере, а весь остальной размах напряжения резервируется для пиков в программном материале. Средний уровень (average level) имеет важное значение — это то, по чему мы, как слушатели, судим о программной громкости.
Если использовать вольтметр для измерения RMS-значений остаточного шума устройства, отношение сигнал/шум будет равно разнице в уровне между этим значением (обычно выраженным в dBV или dBu) и номинальным «нулевым» выходным уровнем (также выраженным в dBV или dBu). При этом предпочтительно, чтобы устройство работало на уровне «около ноля», подобно тому, как большинство микшерных консолей для оптимизации их структуры усиления.
Динамический диапазон системы (или компонента системы) не зависит от присутствия сигнала. Это просто разница между максимально возможным неискаженным выходным уровнем и самым высоким уровнем собственного шума (обычно А-взвешенного) какого-либо компонента в системе. Соотношение «сигнал/шум» требует наличия сигнала, поэтому оно должно измеряться при фактическом использовании системы или компонента системы.
Система с широким динамическим диапазоном может иметь плохое соотношение «сигнал/шум» из-за неудачного способа её эксплуатации. «Динамический диапазон» можно использовать для описания производительности, которой можно добиться от системы или устройства, в то время как «сигнал/шум» может использоваться для описания того, что фактически достигнуто на практике.
На практике
Для измерения уровня звукового давления (SPL) при живом выступлении SPL-метр должен использовать А-взвешивание, а измерительный микрофон должен находиться в типичной позиции слушателя, на высоте около метра.
А-взвешивание обычно используют, поскольку эта шкала, как и люди, наиболее чувствительна к части спектра от 1 кГц до 4 кГц. Поскольку большинство измерителей звукового давления имеют возможность усреднения измерений, то это дает средний уровень звукового давления при исполнении.
На графике справа — кривые А-, В-, и С-взвешиваний.
Конечно, пики в программном материале повышают это среднее значение, хотя измеритель не может реагировать достаточно быстро, чтобы прочитать их. Этот «лаг измерения» составляет обычно порядка 10 дБ, но может быть выше (или ниже) в зависимости от программного материала.
Теперь, если все источники звука на сцене замолчат (но микрофоны останутся открытыми), то можно будет измерить уровень собственных шумов системы, тем же SPL-метром, и тем же способом. В правильно спроектированной звуковой системе этот шум будет создаваться окружающей средой из открытых микрофонов (но не остаточными шумами электронных компонентов).
В аудитории с собственным уровнем шума 40 дБА, отношение сигнал/шум с типичным «лекторским» микрофоном будет только порядка 37 дБ со «средним» спикером (77 dBA), стоящим на расстоянии 1 фут от микрофона. Десять открытых микрофонов могут повысить минимальный уровень шума еще на 10 дБ, если их чувствительность и настройки такие же, как у первого микрофона, исходя их 10 log (количество открытых микрофонов) = 10 дБ.
К сожалению, для повышения отношение сигнал/шум системы в данном случае нет никакого выбора, увеличение уровня полезного сигнала также приведет к увеличению шума. Это очевидное последствие применения дальних микрофонов и невозможности отключения ненужных микрофонов.
Теперь, если сильный вокалист способен произвести 120 dBA в ручной микрофон в этой же системе (что не редкость для вокалистов, поющих в ручные, ближние микрофоны), то сигнал/шум будет порядка 80 dB (120 dB — 40 dB = 80 dB). Вот почему мы настаиваем, что правильная микрофонная техника имеет важное значение для хорошей производительности, поскольку, в конечном счете, влияет на соотношение сигнал/шум системы.
Мы используем минимальное значение в 25 dB для отношения сигнал/шум в звуковой системе в аудитории с большим количеством открытых микрофонов.
Скажем, в той же системе самый громкий звук, который система может произвести линейным способом, будет 110 dBA в том же положении слушателя.
Даже если система эксплуатируется на среднем уровне в 90 dBA, пики такого масштаба, безусловно, возможны. Наивысший программный пик будет определяться используемым громкоговорителем и усилителем мощности, подключенным к нему. Мы сейчас имеем один ингредиент, который требуется, чтобы найти динамический диапазон системы.
Если самым громким компонентом шума является гул от кондиционера, который находится на уровне 35 dBA, то динамический диапазон системы некуда увеличивать (110 dBA — 35 dBA = 75 dBA). Динамический диапазон может быть увеличен только путем отключения кондиционера, чтобы удалить гул.
Как вы можете видеть из этих примеров, среда определяет и динамический диапазон, и отношение сигнал/шум звуковой системы. Поскольку большинство электронных компонентов в системе имеют динамический диапазон порядка 100 dB или больше, звуковая система сама по себе никогда не должна быть слабым звеном, когда дело доходит до конечного результата для слушателя. Профессиональная система должна иметь динамический диапазон не менее 96 dB со всеми работающими электронными устройствами.
Только для студии или домашнего кинотеатра порог шума электронных устройств должен быть фактором, определяющим динамический диапазон или отношение сигнал/шум в положении слушателя. Поэтому можно спроектировать акустическую систему с очень широким динамическим диапазоном, но в целом соотношение сигнал/шум может быть довольно низким из-за особенностей самого помещения.
Можно даже спроектировать систему с более чем 100 dB динамического диапазона в каждом компоненте, и обнаружить, что сигнал/шум резко уменьшается во время фактического использования из-за неверно установленной (диаграммы уровней) при настройке системы. Наиболее распространенной причиной этого является применение усилителей, открытых «на-полную», что приходится компенсировать, держа средний уровень на мастере микшерной консоли на уровне -20 dBV.
При проектировании системы мы выбираем отдельные компоненты, которые имеют широкий динамический диапазон, и затем калибруем систему, чтобы достичь максимального соотношения сигнал/шум.
Пэт и Бренда Браун
Пэт и Бренда возглавляют компанию SynAudCon, которая проводит аудио-семинары и онлайн-семинары по всему миру. Для получения дополнительной информации зайдите на сайт www.prosoundtraining.com .
____________________________________________________
Люди, увлеченные домашним звуком, демонстрируют интересный парадокс. Они готовы перелопатить комнату прослушивания, соорудить колонки с экзотическими излучателями, но смущенно отступают перед музыкальной консервой, будто волк перед красным флажком. А собственно, почему нельзя за флажок заступить, а из консервы попытаться приготовить что-то более съедобное?
Периодически на форуме возникают жалобные вопросы: «Посоветуйте хорошо записанные альбомы». Оно и понятно. Специальные аудиофильские издания хоть и порадуют слух первую минуту, но до конца их никто не слушает, уж больно уныл репертуар. Что же касается всей остальной фонотеки, то проблема, кажется, очевидна. Можно экономить, а можно не экономить и вбухать прорву денег в компоненты. Все равно мало кому нравится слушать свою любимую музыку на высокой громкости и возможности усилителя здесь ни при чем.
Сегодня даже в Hi-Res альбомах срезаны пики фонограммы и громкость загнана в клиппинг. Считается, что большинство слушает музыку на всяком барахле, а потому надо «поддать газку», сделать своего рода тонкомпенсацию.
Разумеется, делается это не специально, чтобы расстроить аудиофилов. О них вообще мало кто вспоминает. Вот разве что догадались сбагривать им мастер-файлы, с которых копируется основной тираж - компакт-диски, MP3 и прочее. Разумеется, мастер уже давно сплющен компрессором, никто сознательно не будет готовить специальные версии для HD Tracks. Разве что выполняется определенная процедура для винилового носителя, который по этой причине и звучит более гуманно. А для цифрового пути все заканчивается одинаково - большим толстым компрессором.
Итак, в настоящее время все 100% издаваемых фонограмм, за вычетом классической музыки, подвергаются компрессии при мастеринге. Кто-то выполняет эту процедуру более-менее умело, а кто-то совсем по-дурацки. В результате мы имеем пилигримов на форумах с линейкой плагина DR за пазухой, мучительные сравнения изданий, бегство в винил, где тоже нужно майнить первопресссы.
Самые отмороженные при виде всех этих безобразий превратились буквально в аудиосатанистов. Без шуток, они читают звукорежиссерское святое писание задом наперед! Современные программы редактирования звука имеют кое-какой инструмент восстановления звуковой волны, подвергшейся клиппингу.
Изначально этот функционал предназначался для студий. При микшировании бывают ситуации, когда клиппинг попал на запись, а переделать сессию по ряду причин уже невозможно, и здесь приходит на помощь арсенал аудиоредактора - деклиппер, декомпрессор и т.п.
И вот уже к подобному софту все смелее тянут ручки обычные слушатели, у которых идет кровь из ушей после очередной новинки. Кто-то предпочитает iZotope, кто-то Adobe Audition, кто-то операции разделяет между несколькими программами. Смысл восстановления прежней динамики заключается в программном исправлении клиппированных пиков сигнала, которые, упираясь в 0 дБ, напоминают шестеренку.
Да, о 100%-м возрождении исходника речи не идет, поскольку имеют место процессы интерполяции по довольно умозрительным алгоритмам. Но все-таки некоторые результаты обработки мне показались интересными и достойными изучения.
Например, альбом Ланы Дель Рей «Lust For Life», стабильно погано матерящейся, тьфу, мастерящейся! В оригинале песни «When the World Was at War We Kept Dancing» было вот так.
А после череды деклипперов и декомпрессоров стало вот так. Коэффициент DR изменился с 5 на 9. Скачать и послушать образец до и после обработки можно .
Не могу сказать, что метод универсальный и годится для всех угробленных альбомов, но в данном случае я предпочел сохранить в коллекции именно этот вариант, обработанный активистом рутрекера, взамен официального издания в 24 бит.
Даже если искусственное вытягивание пиков из звукового фарша не вернет истинную динамику музыкального исполнения, ваш ЦАП все равно скажет спасибо. Ему ведь так тяжело было работать без ошибок на предельных уровнях, где велика вероятность возникновения так называемых межсемпловых пиков (ISP) . А теперь до 0 дБ будут допрыгивать лишь редкие сполохи сигнала. Кроме того, притихшая фонограмма при сжатии во FLAC или другой lossless-кодек теперь будет меньше по размеру. Больше «воздуха» в сигнале экономит пространство хард-драйва.
Попробуйте оживить свои самые ненавистные альбомы, убитые на «войне громкости». Для запаса динамики сначала нужно понизить уровень трека на -6 дБ, а затем запустить деклиппер. Те, кто не верит компьютерам, могут просто воткнуть между CD-плеером и усилителем студийный экспандер. Данное устройство по сути занимается тем же самым - как может восстанавливает и вытягивает пики сжатого по динамике аудиосигнала. Стоят подобные устройства из 80-90-х не сказать чтобы очень дорого, и в качестве эксперимента попробовать их будет весьма интересно.
Контроллер динамического диапазона DBX 3BX обрабатывает сигнал раздельно в трех полосах - НЧ, СЧ и ВЧ Когда-то эквалайзеры были само собой разумеющимся компонентом аудиосистемы, и никто их не боялся. Сегодня не требуется выравнивать завал высоких частот магнитной ленты, но с безобразной динамикой надо что-то решать, братцы.
