Что такое динамический диапазон звука. И вновь о динамическом диапазоне. Что такое динамический диапазон музыки

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:

1. Смартфоны с выделенным ЦАП
2. 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:

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

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

Динамический диапазон рок-н-рольной музыки

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

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

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

Электрический динамический диапазон звуковой системы

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

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

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

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

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

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

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

Акустический динамический диапазон системы

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

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

ВОЛОГДИН Э.И.

ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН

ЦИФРОВЫХ АУДИО ТРАКТОВ

Конспект лекций

Санкт Петербург

1. Динамический диапазон звуков и музыки

Человек слышит звук в чрезвычайно широком диапазоне звуковых давлений. Этот диапазон простирается от абсолютного порога слышимости до болевого порога 140 дБ SPL относительно нулевого уровня, за который принято давление 0,00002 Па (рис.1 .). Зона риска на этом рисунке обозначает область звуковых давлений, которые при

Абсолютный порог слышимости

Частота тональных звуков, кГц

Рис. 1. Области слышимости слуха

длительном воздействии могут привести к полной потери слуха. Болевой порог для тональных звуков зависит от частоты, для звуков с произвольным спектром за болевой порог принят уровень давления 120 дБ SPL. График абсолютного порога слышимости достаточно точно описывается эмпирическим равенством

В тишине чувствительность слуха человека повышается, а в атмосфере громких звуков – понижается, слух адаптируется к окружающей звуковой среде, поэтому динамический диапазон слуха не такой большой – около 70..80 дБ. Сверху он ограничен давлением 100 дБ SPL, а снизу шумом с уровнем -30…35 дБ SPL. Этот динамический диапазон может сдвигаться вверх и вниз до 20 дБ. Для комфортного восприятия музыки рекомендуется, чтобы звуковое давление не превышало 104 дБ SPL в домашних условиях и 112 дБ SPL, в специально оборудованных помещениях.

Динамический диапазон музыки определяется отношением в децибелах самого громкого звука (фортиссимо) и самого тихого звука (пианиссимо ).Динамический диапазон симфонической музыки составляет 65…75 дБ, а на концертах рок-музыки он возрастает

Динамический диапазон микрофонов определяется так же, как это обычно делается в электрических трактах. Верхняя граница ограничивается допустимой величиной нелинейных искажений, а нижняя - уровнем собственных шумов. Современные студийные микрофоны допускают максимальное звуковое давление 125…145 дБ SPL, при этом нелинейные искажения не превышают 0,5% … 3%. Уровень собственных шумов микрофонов составляет 15…20 дБА, динамический диапазон – от 90 до 112 дБА, а отношение сигнал/шумот 70 до 80 дБА. Эти микрофоны с запасом перекрывают весь диапазон слуха человека от 120 дБ SPL до уровня шума студии 20 дБ SPL. В современных студиях запись производится с использованием 22 или 24 разрядных АЦП, иногда используется квантование с плавающей запятой, поэтому проблем с динамическим диапазоном не возникает. Стоит такая аппаратура крайне дорого.

2. Динамический диапазон фонограмм

Музыкальный и речевой сигналы представляют собой последовательность быстро нарастающих и более медленно затухающих звуковых импульсов (рис.4 .). Такой сигнал характеризуетсясреднеквадратическим и пиковым значениями уровней , разность этих уровней называется пик-фактором . Прямоугольная волна (меандр) имеет единичный пик-фактор 0 дБ, пик-фактор синусоиды равен 3 дБ. Фонограммы музыкальных и речевых сигналов имеют пик-фактор до 20 дБ и более.Время определения пик-фактора связано временем интегрирования при вычислении среднеквадратического значения сигнала, и обычно, оно равно 50 мс.

Динамический диапазон и пик-фактор музыкальной фонограммы определяют путем статистической обработкимгновенных значений сигналов. Наиболее подробно статистические характеристики рассчитываются в звуковом редакторе Audition 3 (рис.4 ).

Рис.4. Фрагменты фонограмм музыкальных отрывков различной длительности

Из них основными являются следующие: Peak Amplitude (L pic ), Maximum RMS Power (L max ), Minimum RMS Power (L min )и Average RMS Power (L avr ) (уровни максимального,

минимального и среднего среднеквадратического (эффективного) значения мощности сигнала).

Динамический диапазон фонограммы по данным этой таблицы определяется как

DR mL picL min ,

пик-фактор рассчитывается по формуле

PF mL picL avr

Динамический диапазон может быть также определен по гистограмме распределения уровней фонограммы, приведенной на рис.5. Такие операции удобно быстро делать до и после динамической обработки фонограммы.

Рис.4. Статистические характеристики фонограмммы музыки Бетховена «Элизе»

Рис.5. Гистограмма распределения музыки Бетховена «Элизе»

зависимости от задачи исследования. Если, например, важным является динамический диапазон мгновенных значений уровней фонограммы, то время интеграции должно быть 1-5 мс. Если измеряется динамический диапазон музыки с учетом слухового восприятия, то время интеграции выбирается равным 60 мс, это постоянная времени слуха.

позволяет определять динамический диапазон и пик-фактор с заданной вероятностью при выбранном времени интеграции. В звуковом редакторе Adobe Audition 3 используется нормализация гистограммы, при которой максимальной вероятности событий всегда соответствует значение 100. Такая гистограмма описывает распределение вероятностей уровней сигналов фонограммы относительно максимального значения. При ее построении автоматически подбирается масштаб по оси Х, поэтому затруднительно сравнивать гистограммы различных фонограмм.

Практическое применение. Кому и зачем нужна статистическая информация и гистограмма фонограммы. Эти данные прежде всего оказывают неоценимую помощь при динамической обработке фонограммы, так как они позволяются обоснованно выбрать характеристики компрессора и экспандера. Статистические результаты обработки фонограмм с музыкой различных жанров позволяют определить необходимый динамический диапазон электроакустического тракта, сформировать требования по пиковой и средней мощности головок акустических система. Они играют существенную роль при разработке алгоритмов компрессии звуковых сигналов.

Округление цифровых данных в квантователе Mid-Riser производится до ближайшей меньшей величины (рис.8 ), поэтому данный алгоритм принято называть- truncating . Квантователь Mid-Riser отличается тем, что у него отсутствует порог квантования, поэтому он передает звуковые сигналы очень маленьких уровней, даже ниже уровня

шума. Однако, при отсутствии ЗС любой ничтожный шум порождает на выходе последовательность случайных импульсов с амплитудой 1 квант, это значит, что такой квантователь усиливает шумы.

Динамический диапазон АЦП с квантователем Mid-Tread определяется через логарифм отношения максимального и минимального значений сигнала синусоидальной формы на входе квантователя

DR А 20 logA max ,

A min

При q = 8 этот динамический диапазон равен 48 дБ, а приq = 16 он увеличивается до 96 дБ. ЗначениеDR A определяет нижнюю границу динамического диапазона по уровню входных сигналов квантователя типа Mid-Tread.

Динамический диапазон ЦАПа измеряется в соответствии с рекомендациями стандартаEIAJ через отношение максимального среднеквадратического значения сигнала

синусоидальной формы A max на его выходе к среднеквадратическому значению шума квантования, измеренному в полосе от 0 до частоты НайквистаF N

квантователя, определяемого формулой (1). Измеренный таким образом динамический диапазон ЦАПа отождествляется со значением его SNR .

Если верхний диапазон частот ограничивается значением F max F N , то расчетная формула дляSNR иDR R принимает вид

где f s - частота дискретизации,F max - максимальная частота звукового диапазона. При

f s = 44,1 кГц иF max = 20 кГц иSNR R =DR R = 98,5 дБ. Как видно, отношение сигнал/шум лишь на 2 децибела больше динамического диапазона. Надо обратить внимание на то, что величинаSNR зависит от частотf s иF max , тогда какDR от этих параметров не зависит.

Тем не менее, в большинстве технических публикаций динамический диапазон отождествляется с отношением сигнал/шум. Это подтверждается и стандартами AES 17 и

IEC 61606.

В стандарте IEC 61606 рекомендуется измерятьSNR иDR при подаче на вход АЦП синусоидального сигнала с частотой 997 Гц и уровнем минус 60 дБ FS c обязательным использованием технологииTPDF Dithering . При этом расчетное соотношение дляSNR из-за вносимого дополнительного шума предлагается в виде

При прежних условиях DR =SNR = 93,7 дБ, а не 96 дБ, как это часто встречается в технической литературе. Следовательно, уменьшается и расчетный динамический диапазон. ВместоSNR часто используется его обратная величина, определяющая интегральный уровень шума квантования

L nTSNR T.

В соответствии со стандартом IEC 61606 измерение динамического диапазонаDR R производится в соответствии со схемой, приведенной нарис.9. В этой схеме тестовый

Рис..9. Схема измерения динамического диапазона ЦАП

цифровой сигнал с частотой 1 кГц, и уровнем минус 60 дБ, сформированный с использованием технологии TPDF Dithering , подается на вход ЦАПа. Аналоговый сигнал с ЦАПа поступает на вход ФНЧ с частотой среза 20 кГц, ограничивающий спектр шума квантования. Далее производится фильтрация с помощью взвешивающего фильтра типаА , учитывающего особенности слухового восприятия шума квантования, что увеличивает динамический диапазон на 2-3 дБ. Тестовый сигнал и шум усиливаются на 60 дБ и подаются на измеритель уровняTHD+N . В этом измерителе тональный сигнал подавляется режекторным фильтром и вольтметром эффективных значений измеряется уровень шума в децибелах. Это измеренное значение уровня шума отождествляется, с обратным знаком, с динамическим диапазоном ЦАПа.

При квантовании сигналов минимального уровня возникают громадные искажения, достигающие 100% (рис.10 ). В связи с этим на практике приходиться руководствоватьсяреальным динамическим диапазоном АЦП. При определении этого диапазона необходимо учитывать: пик-фактор музыкальных сигналов, достигающий 12…20 дБ, необходимость поднимать уровень нижней границы динамического диапазона над уровнем шума квантования хотя бы на 20 дБ и иметь дополнительный запас в верхней части динамического диапазона около 10…12 дБ для предотвращения случайной перегрузки.

ожидаемое значение. При записи танцевальной музыки вполне достаточно запаса в 6 дБ.

При записи симфонической музыки иногда приходиться иметь запас до 20…30 дБ. Запас динамического диапазона снизу предотвращает возможность тихих пассажей оказаться ниже уровня шума и, тем более, ниже порога слышимости.

В цифровых трактах верхняя граница динамического диапазонаограничивается уровнем сигнала 0 дБ FS . Без использования технологии Dithering нижняя граница динамического диапазонаограничивается уровнем

LA 1 / DRA .

При q = 8 бит он равен минус 48 дБ, а приq = 16 бит – минус 96 дБ. Неизбежный шум тракта повышает этот уровень.

Интегральный уровень шума минус 93,7 дБ – это много или мало. Важно насколько этот уровень превышает порог слышимости. С использованием технологии Dithering шум

Рис.11. Пороги слышимости шума квантования в зависимости от числа разрядов

квантования становится белым шумом, порог слышимости которого равен 4 дБ SPL . Это значит, что вблизи 3 кГц шум квантования при q = 16 бит будет превышать порог слышимости на 22,3 дБ (рис.11). Как видно из этого рисунка, для того чтобы шум квантования был не слышен требуется использовать 20-разрядное квантование.

4. Расширение динамического диапазона c использованием технологии Dithering

Для расширения динамического диапазона ИКМ тракта с квантователем типа MeadTread без увеличения числа разрядов и частоты дискретизации разработано множество

аналоговых сигналов к ЗС добавляется небольшой аналоговый шум. Более часто эта технология используется при реквантовании цифровых ЗС , когда производится

осуществляется с 24 разрядами, а затем производиться реквантование, обычно до 16 разрядов, как это принято в стандарте CD. При этом качество такого CD по шумам соответствует 20разрядной записи.

В процессе реквантования чаще применяют операцию truncating , при которой просто отбрасываются младшие разряды кодовых слов. В этом случае в выходном сигнале

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

N max- N min= 20 Lg = 20 Lg= 40 дБ

20 Lg = 20 дБ

P= = Па

Ответ: Dc= 40 дБ,P= Па

)Перечислите основное оборудование студий звукового вещания.

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

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

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

Конденсаторный микрофон

Рисунок 1. Конденсаторный микрофон

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

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

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

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

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

Динамический микрофон

Рисунок 2. Динамический микрофон

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

Ленточный микрофон

Рисунок 3. Ленточный микрофон

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

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

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

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

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

АнтиэластичныйУстройствоАЦП

фильтрвыработки и

хранения

Рисунок 4. Структурная схема АЦП

Генератор белого шума

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

Рисунок 5. ГБШ

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

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

Рисунок 6 .Структурная схема возбудителя «Синхронизатор»

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

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

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

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

Рисунок 7. Структурная схема узла проводного вещания с децентрализованным питанием

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

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

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

Рисунок 8. Фрагмент схемы оконченного усилителя УПВ-5

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

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

Рисунок 9. Амплитудная характеристика усилителя

Список используемых источников

генератор шум звуковое вещание

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

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

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

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

5)

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

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

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

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.