Источники и приёмники сигналов
Работа с сигналами предполагает их прохождение сквозь те или иные устройства, изменяющие сигналы качественно или количественно. В связи с этим звукорежиссёры обязаны твёрдо усвоить понятия источников и приёмников сигналов.
Во всей технико-технологической цепочке звукопередачи, начиная с акустических объектов и заканчивая слушателем, каждое предшествующее звено считается источником, а последующее— приёмником сигнала, независимо от того, происходит ли при передаче физическая трансформация сигнала, или нет. Казалось бы, такие тривиальные рассуждения не достойны особого внимания. Но опыт показывает: практический оперативный анализ электроакустического тракта, в особенности его электронных отделов, и правильная
эксплуатация всей аппаратуры требует машинального, почти рефлекторного отчёта в том, откуда пришёл сигнал, и куда он поступает для дальнейших преобразований.
В самых общих чертах, источник сигнала характеризуется минимальной, номинальной (средней) и максимальной мощностью, а также величиной собственных помех. При этом вводится понятие отношения сигнал/шум, и определяется предельный диапазон динамики источника. Так, напри-
мер fff оркестра являет его максимальную акустическую мощность, ррр в solo — минимальную, а уличные шумы, досадным образом проникающие в тонателье— определяют уровень собственных помех совокупного акустического источника сигнала. Ясно, что если величина неустранимого шума сопоставима с мощностью полезных звуков в пиано-пианиссимо, то вряд ли такой нюанс в данной ситуации употребим. Психоакустики полагают, что для уверенного восприятия тихих звуков их мощность должна превосходить мощность шума, по меньшей мере, втрое.
Для звукорежиссёров весьма актуален спектральный состав сигнала источника, рассматриваемый не абстрактно, а в контексте композиционных законов (см. главу «ФОНОГРАФИЧЕСКАЯ КОМПОЗИЦИЯ».
Приёмники сигналов характеризуются, прежде всего, двумя критериями — чувствительностью (в электронике существует понятие входной чувствительности) и так называемой перегрузочной способностью.
Чувствительность приёмника соответствует той минимальной величине входного сигнала, при котором приёмник проявляет хотя бы начальную работоспособность, и сам может быть источником сигнала для следующего звена. В качестве модели можно привести вполне понятную чувствительность слуха: если действующий на ухо звук чрезмерно слаб, то слуховое ощущение может отсутствовать. Лишь люди с высокой акустической чувствительностью способны воспринять то ничтожно малое, что утомлённому молотобойцу уже кажется мёртвой тишиной.
Под перегрузочной способностью понимают ту предельную величину сигнала источника, выше которой приёмник перестаёт адекватно реагировать на получаемый сигнал, резко обогащая его так называемыми динамическими нелинейными искажениями, то есть внося в исходный спектр компоненты, доселе отсутствовавшие. Так, каждый из нас
хорошо знаком со свистом в ушах, который возникнет на некоторое время, если рядом внезапно раздастся оглушающий грохот.
Нелинейные искажения оцениваются степенью качественных изменений сигнального спектра. Конкретные сообщения, приводимые в технических паспортах, зависят от способа измерения искажений; в основном, указывается процент гармоник (обертонов), вносимых в стационарный синусоидальный сигнал. Связанные с типом электронной конструкции, продуцируемые обертоны могут быть чётными (2-я, 4-я, и т. д. гармоники), или нечётными (преимущественно, 3-я). Музыкантам хорошо известны тембральные качества обертонов обеих групп, и им понятно, отчего звук, прошедший через прибор на электронных лампах (искажения второго типа), менее «жёсткий», чем в случае транзисторных устройств (искажения первого типа).
Нужно учесть, что искажения сигнала при перегрузке приёмника, проявляющиеся в электроакустике как хрипы и трески, в дальнейшем исправлению не поддаются. Экстремальные перегрузки некоторых звеньев электроакустического тракта, например, таких, как микрофоны или громкоговорители, могут привести к выходу их из строя, как может привести к необратимой потере слуха звук чрезмерной мощности.
Приёмник, передавая сигнал, становится его источником для следующего звена. Передаточная функция, в принципе, может быть разнообразной. Относительно звука, будем считать, что если его природа сохраняется, то передающее звено не вносит качественных изменений, производя лишь усиление или ослабление сигнала. Для такого звена вводится понятие коэффициента передачи. Это — отношение величины выходного сигнала к величине входного сигнала. Для уже известной нам логарифмической формы оценки:
Кп, дБ = 20 lg Авых. / Авх.
Напомним, что усиление отражается «положительными» децибелами, а ослабление — «отрицательными»'
Если передающее звено трансформирует звуковой сигнал, в корне меняя его природу, тембр, временную структуру, то такая функция описывается значительно более сложной
математикой, и термин коэффициент передачи здесь не употребляется.
Уровень собственных или вносимых шумов приёмника определяет тот минимальный сигнал, который может быть различимо передан. Такое определение технически обоснованно, но если учесть психофизиологические свойства слуха, то обнаружится, что различимость возможна даже при шуме, уровень которого превышает полезный сигнал. Это связано с законами спектральных распределений. Так, к примеру, тихий звук клавесина или треугольника, при очевидной ничтожности их акустических сигналов, отлично слышен в оркестровой фактуре более высокого уровня. Поэтому практическая оценка шума, вносимого электроакустическим звеном — приёмником сигналов, производится, скорее, по его заметности и художественному вреду. Тем не менее, параметр отношение сигнал / шумвходит в ряд так называемых «паспортных характеристик», и для устройств, работающих в режиме номинального усиления, составляет сегодня величину, превышающую подчас 140 дБ., что более, чем достаточно для электроакустической передачи. При увеличении коэффициента усиления приёмника собственные его шумы, естественно, пропорционально возрастают.
Надо сказать, что всякого рода искажения появляются на выходе микрофонов, усилителей, записывающих устройств, даже если передаваемый сигнал нединамичен, и величина его далека от предельной. Если появление новых спектральных компонент суть свидетельство вносимых нелинейных искажений, то изменение величины и (или) фазы исходных спектральных компонент— говорит о наличии линейных искажений, или искажений частотной характеристики.
Последняя отражает зависимость коэффициента передачи электроакустического устройства или его отдельного звена от частоты передаваемого сигнала. Поскольку для зву-корежиееёра очень важно сохранение спектрального состава сигналов источника, то их приёмник, сам по себе, не должен вносить в передаваемый спектр количественных изменений.
На рисунках 2-9 и 2-10 изображены частотные характеристики идеализированного и реального электронных усилителей (сокращённые по оси частот). Масштабы на осях графиков — логарифмические.