Четыре различия изменения динамического диапазона

Часто используется термин компрессия для сужения динамического диапазона и экспандирование - для его увеличения. Эти термины подразделяются каждый на повышающую и понижающую компрессии, и на повышающее и понижающее экспандирование. «Понижающая компрессия – самая популярная форма динамических модификаций, делающая уровень громких пассажей тише. Лимитирование – частный случай понижающей компрессии с очень высоким соотношением (ratio) Повышающая компрессия – поднимает уровень тихих пассажей. Часто используется в энкодерах Dolby или других шумоподавляющих системах; в системах автоматического контроля уровня AGC, который используют радиостанции; а также этот тип компрессии звука широко используется в бытовых видео-камерах».[5] Для ясности – термин компрессия мы применяем всегда имея ввиду понижающую компрессию, пока нам не нужно специально указать, что компрессия повышающая. Повышающее экспандирование делает уровни громких пассажей ещё громче. В умелых руках такие приборы могут быть использованы для расширения динамики, увеличения музыкального впечатления или для восстановления потерянной динамики. «Применяются в реставрации пиков и воспроизводящей части Dolby SR, в процессоре DBX Quantum, в различных плагинах Waves, а также в Weiss DS1-MK2. Понижающее экспандирование – самый распространенный тип. Делает тихие места еще тише. В основном применяется для уменьшения шума. Встречается в классических гейтах Kepex и Drawmer, в системах шумоподавления Dolby и аналогичных им; в процессорах типа TC Finalizer; а также во встроенных гейтах микшерных консолей»[5]. Для ясности – термин экспандер мы используем для понижающего типа экспандирования, пока нам не нужно обозначить, что экспандирование повышающее.

Поскольку динамический диапазон канала ограничен снизу шумами, а сверху - перегрузкой и нелинейно­стью отдельных звеньев канала передачи, то во избежание искажений его сжимают в начале тракта (во всяком случае, до звена, в котором, скорее всего, мо­жет ограничиться или исказиться сигнал). Этот дефект может быть частично исправлен путем расширения динамического диапазона сигнала на конце тра­та, что не всегда возможно, так как на приемном конце может быть неизвестно. насколько был сжат этот диапазон. Кроме того, попытка расширить диапазон (применением экспандеров) усложняет аппаратуру.

Спектр

Спектр - распределение значений физической величины (обычно энергии, частоты или массы). Графическое представление такого распределения называется спектральной диаграммой.

Акустический сигнал от каждого из первичных источников звука, используемых в системах вещания и связи, как правило, имеет непрерывно изменяющиеся форму и состав спектра. Спектры могут быть высоко- п низкочастотными, дискретными и сплошными. У каждого источника звука, даже того же самого типа (например, скрипка в оркестре), спектры имеют индивидуальные особенности, что придает звучанию характерную окраску. Эту окраску называют тембром. Существуют понятия тембра скрипки, тромбона, органа и т.п., а также тембра голоса: звонкий, когда подчеркнуты высокочастотные составляющие; глухой, когда они подавлены. В-первую очередь, представляют интерес средний спектр для источников звука каждого типа, а для оценки искажений сигнала — спектр, усредненный за длительный интервал времени (15 с для информационных сигналов и 1 мин для художественных). Усредненный спектр может быть, как правило, сплошной и достаточно сглаженный по форме.

Спектр телевизионного сигнала, совокупность гармонии, составляющих телевизионного сигнала. Ширина спектра и его структура определяются параметрами разложения передаваемого изображения и содержанием последнего.

За нижнюю границу спектра телевизионного сигнала при прогрессивной развёртке принимают частоту смены кадров, при чересстрочной — частоту смены полей. (Постоянная составляющая, характеризующая среднюю яркость изображения, обычно в телевизионном сигнале непосредственно не присутствует.) «Верхнюю границу спектра f_макс устанавливают, исходя из условий передачи основной гармонической составляющей для чередующихся вдоль строки черно-белых элементов изображения; f_макс= ¹/₂KnpZ², где К — постоянный коэффициент (обычно К = 0,6 — 0,9), n —частота кадров, р — формат кадра (отношение его ширины к высоте), Z —число строк (например, при телевизионном стандарте, принятом в СССР, n = 25 сек^-1, Z=625, р = 4/3 и при К = 0,9 f_макс " 6 Мгц)». [1]

Спектр телевизионного сигнала при неподвижном черно-белом изображении, как и спектр сигнала яркости при неподвижном цветном изображении, имеет дискретный характер и состоит из отдельных групп спектральных линий, образованных гармониками строчной частоты f_cтp и боковыми линиями. В каждой группе наиболее интенсивна гармоника f_стр. При движении объектов и смене содержания передаваемых изображений около дискретных спектральных линий появляются боковые полосы сплошного спектра; ширина полос обычно не превышает несколько герц.

В совместимых системах цветного телевидения в высокочастотной части спектра сигнала яркости расположен спектр сигнала цветовой поднесущей. Частота и способ модуляции сигнала цветовой поднесущей выбираются так, чтобы соответствующие боковые спектральные линии располагались на свободных участках спектра сигнала яркости. «В системе СЕКАМ, например, частоты цветовых поднесущих составляют 272 и 282 f_cтp, и применяется частотная модуляция. Ширина спектра сигнала цветовой поднесущей в спектре сигнала яркости не превышает 3 Мгц» [1].

Варианты искажения

По мнению Роберта Хорвица, искажение - «нежелательное изменение звукового сигнала вследствие неточного воспроизведения формы звуковой волны; часто искажение возникают при перегрузке приемного устройства сигналом слишком высокого уровня».[2]

По сути дела все перечисленные несоответствия первичного и вторичного сигналов являются искажениями в широком смысле этого поня­тия. Но обычно под этим термином понимают более узкий тип искажений, ним относятся линейные, нелинейные, параметрические и переходные (временные) искажения.

Существует большое количество видов искажений. Рассмотри некоторые из них более подробно.

1) Нелинейные искажения вызваны нелинейностью системы обработки и передачи сигнала. Эти искажения вызывают появление в частотном спектре выходного сигнала составляющих, отсутствующих во входном сигнале. Нелинейные искажения представляют собой изменения формы колебаний, проходящих через электрическую цепь (например, через усилитель или трансформатор), вызванные нарушениями пропорциональности между мгновенными значениями напряжения на входе этой цепи и на ее выходе. Это происходит, когда характеристика выходного напряжения нелинейно зависит от входного. «Количественно нелинейные искажения оцениваются коэффициентом нелинейных искажений или коэффициентом гармоник. Типовые значения КНИ : 0 % — синусоида; 3 % — форма, близкая к синусоидальной; 5 % — форма, приближенная к синусоидальной (отклонения формы уже заметны на глаз); до 21 % — сигнал трапецеидальной или ступенчатой формы; 43 % — сигнал прямоугольной формы».[3]

2) Линейные искажения. Коэффициент передачи, как правило, зависит от частоты. Так как слух не реагирует непосредственно на сдвиг фаз между составляющими сигнала. Частотная зависимость коэффициента передачи, называемая частотной характеристикой тракта передачи, приводит к изменению соотношений между амплитудами частотных составляющих, входящих в первичный сигнал. Субъективно эти искажения ощущаются как изменение тембра первичного сигнала. Например, если подавлены низкочастотные составляющие, то звучание будет звенящим. При подавлении высокочастотных составляющих звук становится глухим. «При резком подчеркивании низкочастотных составляющих звучание получается бубнящим, а при резком подчеркивании высокочастотных – свистящим искажения (называемые линейными или амплитудно-частотными) оценивают по величине неравномерности частотной характеристики. Как правило, частотная характеристика наиболее неравномерна в областях самых низких и самых высоких частот диапазона, то есть вблизи его границ, поэтому для широкополосных трактов передачи сигнала, например вещательных, неравномерность частотной характеристики часто задают в двух диапазонах: номинальном и в основном (200-=-5000 Гц)»[4]. В тех случаях, когда аппаратура не может быть изготовлена с заданной неравномерностью, в требуемом частотном диапазоне, оговаривают частотный диапазон, в котором неравномерность не превышает заданную норму. Амплитудно-частотные искажения обычно устраняют путем частотной коррекции в звеньях тракта, ближайших к искажающим устройствам. Нормы на допустимые частотные искажения были определены экспериментально. Установлено что на низких частотах искажения более заметны, чем на высоких.

3) Частотные искажения вызваны неидеальностью амплитудно- частотной амплитудно-частотной характеристики системы обработки и передачи сигнала. Показателем степени частотных искажений, возникающих в каком-либо устройстве, служит неравномерность его амплитудно-частотной характеристики, количественным показателем на какой-либо конкретной частоте спектрасигнала является коэффициент частотных искажений. Коэффициент частотных искажений — отношение коэффициента передачи на средних частотах к его значению на данной частоте.

4) Фазовые искажения вызваны неидеальностью фазо-частотной характеристики системы обработки и передачи сигнала. Искажения, вызванные нарушением фазовых соотношений между отдельными спектральными составляющими сигнала при передаче по какой-либо цепи.

5) Динамические искажения вызваны неидеальностью динамических характеристик (быстродействие, перерегулирование и т. д.) системы обработки и передачи сигнала. Искажения формы сигнала из-за ограниченной скорости нарастания выходного напряжения при быстрых изменениях входного напряжения.

6) Коэффициент перекрёстных искажений — отношение отклика, возникающего в результате перекрёстных искажений, к заданному отклику на полезный радиосигнал

7) Коэффициент взаимомодуляционных искажений — отношение мощности комбинационной составляющей спектра выходного сигнала к мощности несущей радиопередатчика

8) Краевые искажения вызваны смещением краёв элементов двоичного сигнала относительно их заданного положения.

Заключение

На самом деле представить сейчас современный мир без использования вещательного сигнала невозможно. Благодаря длительной эволюции, творческим способностям человека и научно-техническому прогрессу практически каждый обладает тем или иным «даром» к восприятию или созданию звуков и может определить «на слух» или с помощью техники, что имеются искажения или шумы в воспроизводимых звуковых сигналах.