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.