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.
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.
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.
"Чистые тоны субъективно воспринимаются громкими или тихими в зависимости от силы (интенсивности) звука. Сила звука (обозначаемая обычно символом I ) связана со звуковым давлением квадратичной зависимостью.
Это значит, что изменение силы звука пропорционально соответствующему изменению величины звукового давления, возведенному в квадрат (I пропорционально р2). Так, рост звукового давления в 2 раза влечет увеличение силы звука в 4 раза, при росте звукового давления в 3 раза сила звука возрастает в 9 раз и т.д. Сила звука определяется потоком той звуковой энергии, которая при распространении в пространстве проходит ежесекундно через каждый квадратный метр плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волны. Измеряют силу звука в Вт/м.
Человеческий слух по восприятию звуков разной силы ограничен. Человек начинает слышать при силе звука, превышающей или равной некоторой величине, называемой порогом слышимости (или слуховым порогом). Более слабые звуки слухового ощущения не вызывают. При увеличении силы звука достигается нормальная слышимость, а затем при еще больших амплитудах звуковых колебаний к воспринимаемому звуку добавляется осязаемое ощущение давления, и, наконец, при дальнейшем росте силы звука раздражение органа слуха становится болезненным.
Так называемый болевой порог ограничивает область Слышимости при больших уровнях интенсивности. Чувствительность человеческого уха зависит от частоты приходящего сигнала, поэтому уровень порога слышимости для разных частот различный.
При смешении из области оптимальной слышимости в сторону низких и высоких звуковых частот чувствительность человеческого уха резко падает. Это видно по поведению кривой порога слышимости вблизи краев диапазона слышимости. А вот болевой порог от частоты зависит слабо.
Звуковое давление, вызывающее у человека болевое ощущение, приблизительно равно 20 Па. На средних частотах звуковое давление, соответствующее болевому порогу, превышает порог слышимости примерно в миллион раз. Поскольку поток энергии звуковой волны с величиной звукового давления связан квадратичной зависимостью, то по силе звука у порога слышимости и болевого отличается в 1011 раз. Это отношение и определяет динамический диапазон слуха. При оценке динамического диапазона применяются специальные единицы измерения, не зависящие от способа вычисления.
Согласно психофизическому закону Вебера-Фехнера слух одинаково оценивает равные относительные изменения силы звука. Другими словами, изменение громкости кажется человеку одинаковым, если сила звука изменилась в одно и то же число раз (или на один и тот же процент относительно своей первоначальной величины), при этом восприятие не зависит от абсолютного уровня силы звука. Так двукратный рост уровня тихого и громкого звука воспринимаются одинаково, хотя абсолютные приращения звукового давления существенно различны.
Минимальное изменение интенсивности звука, воспринимаемое нашим ухом, соответствует изменению звукового давления примерно в 1,12 раза (т.е. на 12%), что соответствует изменению силы звука в 1,25 раза (т.е. на 25%).
Итак, наряду со способностью различать звуки, имеющие уровни, отличающиеся в сотни и тысячи миллионов раз, человеческое ухо хорошо реагирует и на очень малые изменения уровней. Это объясняется логарифмическим законом восприятия. Наши ощущения изменений громкости пропорциональны не изменениям силы звука, а логарифму этих величин.
L=C lg I 2 / I 1,
где
L - кажущееся изменение громкости,
I 1 , I 2 - сила звука соответственно до и после его изменения,
С- коэффициент пропорциональности.
Например, если сила звука изменится в 100 раз, то субъективное ощущение громкости изменится пропорционально 2 (т.к. lg100 = 2); если это изменение- 1000, то громкость возрастет в 3 раза (т.к. lg1000 = 3); рост силы звука в 10000 раз воспринимается как 4-кратное увеличение громкости. Поэтому принято измерять увеличение или уменьшение силы звука в специальных логарифмических единицах- "белах" (Б). Различие величин звуковой энергии (силы звука) в белах: N6 = lg I 2 / I 1 Б.
Иными словами, десятикратное изменение силы звука оценивается одним Белом. Например,
если I 2 = 10/ I 1 то lg I 2 / I 1 = lg10 = 1, т.е. N Б = 1 Б;
если I 2 = 100/ I 1 , то lg100 = 2 и N Б = 2 Б.
Мелкие изменения звуковых уровней измеряют в долях Бела. На практике в основном используется производная от Бела единица измерения, равная десятой части Бела, т.е. децибел (дБ).
Изменение уровня силы звука, выраженное в дБ, равно численному значению десятичного логарифма отношения сравниваемых уровней, умноженному на 10, т.е. N дБ = 10 lg I 2 / I 1 .
Обратимся к примерам.
Пусть N = I 2 / I 1 = 100 (I 2 > I 1 - усиление ), тогда N дБ = 10 lg100 = 10*2 = 20 дБ.
Пусть N = I 2 / I 1 = 1/100 (I 2 < I 1 - ослабление), тогда N дБ = 10 lg0,01 = 10·(-2) = -20 дБ.
Из этих примеров видно, что рост уровня выражается в децибелах положительным числом, а уменьшение - отрицательным.
Оценка изменений интенсивности звука в логарифмических единицах удобна еще и потому, что она дает возможность весь слышимый диапазон звуковых колебаний изобразить графически.
Громкостью называют субъективное качество, определяющее силу слухового ощущения, вызываемого звуком у слушателя. Громкость не может быть определена только величиной силы звука, так как она зависит от частотного состава звукового сигнала, от условий его восприятия и длительности воздействия. В акустике для количественной оценки громкости применяют метод субъективного сравнения измеряемого звука с эталонным, в качестве которого применяется синусоидальный тон частоты 1000 Гц. В процессе сравнения уровень эталонного тона изменяют до тех пор, пока эталонный и измеряемый звуки станут казаться равногромкими.
Как уже было сказано выше, чувствительность слуха зависит от частоты звукового сигнала. Порог слышимости, изображенный графически, представляет собой кривую, опускающуюся ниже всего в области частот 3000-4000 Гц и поднимающуюся к краям звукового диапазона. Из этой формы кривой следует, что для равногромкого ощущения интенсивность высоких и низких частот должна быть выше, чем средних.
Для практической работы важно помнить, что кривые равной громкости, как бы, выпрямляются с ростом общей громкости прослушивания. Другими словами, частотная зависимость слуха в большей степени сказывается при тихом прослушивании, чем при громком. Это важно учитывать, если, например, музыка, записанная при высоких уровнях громкости, будет прослушиваться тихо. В этом случае может возникнуть кажущееся изменение соотношений между частотными составляющими музыкального произведения. Так, при малой громкости прослушивания, из-за ослабления чувствительности слуха на низких и отчасти на высоких частотах звучание может казаться обедненным, лишенным сочности, естественности. Весьма желательно поэтому, чтобы в студиях звукозаписи громкоговорители работали с одинаковым уровнем громкости: это уменьшит возможность ошибок при субъективной оценке качества звучания.
Практически уровень громкости измеряется и настраивается в студиях при помощи специального электроакустического прибора – шумомера.
Примерные уровни громкости некоторых типичных звуковых источников приведены в таблице
Громкость зависит от условий, в которых звук воспринимается слушателем. Здесь, в первую очередь, следует учитывать эффект звуковой маскировки, напомнив, что в реальных условиях акустический сигнал не существует в условиях абсолютной тишины. Вместе с ним на слух воздействуют те или иные посторонние шумы, затрудняющие слуховое восприятие и, как в таких случаях говорят, маскирующие, в определенной степени, основной сигнал.
Так, при передаче оркестрового произведения из-за маскировки аккомпанементом может стать плохо разборчивой, невнятной партия солиста. Если одновременно существуют два сложных звуковых сигнала (например шум и музыка), возникает эффект взаимной маскировки. При этом, если основная энергия сигналов принадлежит к одной и той же области звуковых частот, то эффект взаимной маскировки будет наиболее сильным.
Речь в записи становится менее разборчивой не только из-за маскирования другими звуками, но и в результате самомаскировки при воспроизведении с громкостью большей, чем она звучит в природе. Этот недостаток в известной мере устраняется компрессированием. При воспроизведении скомпрессированной речевой фонограммы звук воспринимается достаточно громким, в то время как индикатор модуляции может показывать небольшие отклонения."- пишет Б.Я.Меерзон -"Акустические основы звукорежиссуры". Уч. изд. ГИТР
"В настоящее время существует огромное множество различных процессоров для динамической обработки звуковых сигналов - это различного рода компрессоры, гейты, экспандеры, левеллеры, лимитеры, и т.д. и т.п. В этом многообразии нетрудно и запутаться. Какой прибор необходим в конкретной ситуации?
Устройства динамической обработки сигналов применяются в двух случаях - либо в художественных целях, либо для получения более качественного звучания.
Заявляемые для распространённого сейчас носителя (CD) цифры - динамический диапазон в 96дБ - не совсем верны. То есть, если рассматривать их как отношение самого громкого сигнала к уровню шумов в паузе - цифры, безусловно, правильны. Однако это справедливо только для сигналов максимальной амплитуды. Динамический диапазон CD реально составляет величину, существенно меньшую, чем 96дБ.
Динамический же диапазон реальных сигналов может быть гораздо больше - например, для симфонического оркестра он может составлять до 120дБ! И как его “впихнуть” в ограниченный диапазон тракта?
Все устройства динамической обработки можно разделить на два больших класса - по характеру взаимосвязи их коэффициента усиления и уровня входного сигнала.
Если при увеличении уровня входного сигнала коэффициент передачи устройства уменьшается - то это компрессор и/или его разновидности. Такие, как лимитер, левеллер, “дакер”, и др.
Если же при увеличении входного сигнала коэффициент передачи устройства также увеличивается - то это экспандер или гейт.
Компрессор и его производные
Название компрессор происходит от английского глагола “to compress” - сжимать. Как следует из самого названия, компрессор - это устройство для сжатия, в данном конкретном случае - динамического диапазона исходного звукового сигнала.
Основными параметрами компрессии являются: степень компрессии “ratio”, порог срабатывания “threshold”, а также время срабатывания “attack” и время восстановления “release”. Первые две величины отражены на графике компрессии.
На этом рисунке по горизонтали отложено входное напряжение компрессора, выраженное для удобства в децибелах, по вертикали - выходное, а толстая линия - это проходная характеристика компрессора. На этом графике видно, что выходной сигнал - в точности равен входному, до точки срабатывания (начала работы) компрессора - THRESHOLD (порог срабатывания). Начиная с этой точки, выходной сигнал компрессора увеличивается в меньшей степени, чем входной, т.е. осуществляется компрессия. Мерой компрессии служит степень компрессии (RATIO).
Степень компрессии - это отношение величины приращения входного сигнала к величине вызванного им приращения выходного сигнала. (При этом - измеряемые величины должны быть выражены в децибелах!)
RATIO=dUвх(дБ)/dUвых(дБ)
Динамические характеристики компрессоров определяются временами срабатывания ATTACK и восстановления RELEASE.
Время срабатывания (ATTACK) - это промежуток времени между моментом, когда от источника подаётся скачок сигнала с уровнем на 6 дБ выше исходного, и моментом, когда выходной уровень достигает значения на 2 дБ выше установившегося значения выходного сигнала.
Время восстановления (RELEASE) - это промежуток времени между моментом, когда уровень сигнала источника уменьшается на 6 ДБ от исходного, и моментом, когда выходной уровень достигает значения на 2 дБ ниже его установившегося значения.
Естественно, что всё это должно происходить в области уровней входного сигнала, лежащих выше порога срабатывания!
По характеру реакции на входной сигнал все компрессоры можно разделить на две большие группы - с ручным управлением параметрами компрессии, и “автоматизированные”, с той или иной степенью автоматического управления этими параметрами.
В “ручных” - все динамические параметры задаются пользователем. Это обеспечивает очень большую свободу в их выборе, для получения тех или иных необходимых вам художественных результатов. Ведь не секрет, что компрессором можно изменить исходное звучание как угодно, хоть до “полной неузнаваемости”. Вот “ручной” компрессор - как раз и служит именно для этого, для специального преднамеренного изменения характера исходного звучания в нужную вам сторону. В зарубежной литературе этот тип компрессоров часто носит название CREATIVE - “творческий”, “созидательный”.
Соответственно, для их правильного использования - необходима достаточно высокая квалификация, а то ведь вместо улучшения звука можно его непоправимо испортить! Учтите: Перекомпрессированный сигнал исправить в дальнейшем невозможно!
В противоположность этому, в автоматизированных компрессорах - динамические параметры раз и навсегда установлены изготовителем, и их изменение пользователем невозможно. Хотя некоторые серьёзные производители, выпускающие действительно добротную продукцию, в ряде моделей предлагают пользователю на выбор несколько алгоритмов автоматизации, для различных вариантов обработки.
Как правило, большинство автоматизированных компрессоров не изменяют динамические параметры звука сколько-нибудь существенным образом, а только “выравнивают” исходное звучание, делают его более плотным и насыщенным.
Помимо основных, в некоторых моделях компрессоров имеются и некоторые дополнительные устройства, улучшающие их потребительские свойства.
Так, например, для уменьшения заметности момента включения компрессора в работу многие компрессоры имеют так называемый "мягкий порог" (Soft Threshold), обеспечивающий плавное вхождение в режим компрессии. На рисунке изображены проходные характеристики (зависимость уровня выходного сигнала от уровня входного) для двух компрессоров - обычного (ломаная линия 1) и компрессора с "мягким порогом" (кривая 2).
Как видно из рисунка, во втором случае по мере возрастания входного сигнала степень компрессии увеличивается плавно, а не включается скачкообразно, как в обычном компрессоре. Таким образом, удаётся сильно ослабить заметность начала компрессии, сделать этот момент практически неслышным.
Лимитер. В принципе, это не какой-то “отдельный вид” компрессоров, а всего лишь один из частных случаев работы компрессора. Лимитирование отличается от компрессирования, прежде всего степенью компрессии RATIO. Для лимитирования достаточно перевести этот регулятор в положение RATIO=бесконечность:1, при этом - независимо от приращения входного сигнала - уровень сигнала на его выходе увеличиваться не будет. (Естественно, что речь идёт о сигналах, лежащих выше порога срабатывания!) Но... Здесь есть одна тонкость.
Дело в том, что основное предназначение лимитера - защита последующих узлов тракта от перегрузок. Любых, даже малейших. При этом он должен на 100% не допускать превышения, установленного Вами выходного уровня, но абсолютно не трогать сигналы, лежащие ниже порога срабатывания. Отсюда - с неизбежностью следует вывод, что компрессоры с “мягким коленом” - принципиально непригодны для этих целей. Ведь для них само понятие “порога” имеет весьма расплывчатый смысл.
Лимитер, помимо большего RATIO, имеет и принципиально иные динамические характеристики. В самом деле - он должен очень быстро (в идеале - мгновенно!) “съесть” сигнал перегрузки, и столь же быстро вернуться к исходному состоянию. В автоматизированном компрессоре получить это - попросту невозможно.
Де-ессер, де-поппер.
Экспандер - это “компрессор наоборот”. Название - происходит от английского глагола “to expand” - расширять, растягивать. У него, как ранее уже отмечалось, коэффициент передачи пропорционален уровню входного сигнала, т.е. чем громче входной сигнал - тем громче выходной. Существуют две основных разновидности экспандера - “экспандер вверх” (Upward Expander) и “экспандер вниз” (Downward Expander).
Отличаются они по характеру реагирования на входной сигнал. “Экспандер вверх” - обрабатывает только сигналы, лежащие выше порога его срабатывания, делая громкие - более громкими. Тихие же сигналы, ниже порога срабатывания, он не трогает. В реальной практике почти не встречается, единственное исключение - гитарный бустер.
“Экспандер вниз” - наоборот, не трогает сигналы выше порога срабатывания, а только делает тише сигналы, лежащие ниже этого порога. В принципе, по характеру своего действия на сигнал - это устройство схоже с гейтом, и, как правило, применяется для аналогичных целей, для подавления слабых - но мешающих - сигналов. В этом качестве “экспандер вниз” входит составной частью практически во все шумоподавители (денойзеры).
Гейт - один из самых распространённых приборов динамической обработки. Его название происходит от английского слова “Gate” - клапан, ворота. Основное, “исходное” назначение гейта - отсечка сигналов малого уровня, для которых он и является своеобразным клапаном, не пропуская их на выход.
Динамика обработанного гейтом сигнала - будет отличаться от исходной. Сигналы, лежащие ниже порога срабатывания, будут полностью подавлены. У сигналов же выше порога - атаки будут зависеть от соотношения их исходной скорости и времени открывания гейта, т.е. результирующая - может быть как более “резкая”, так и более плавная. Аналогично - и с процессом затухания сигнала RELEASE. С той только разницей, что затухание исходного сигнала гейтом не удлинить. Можно только укоротить.
Именно это свойство гейта - менять динамику сигналов - как раз и является той главной причиной, по которой гейт получил столь широкое распространение."- написал М.Чернецкий. "Устройства динамической обработки сигналов ". "Звукорежиссёр"
Пэт Браун
раскрывает важнейшие понятия в оптимизации работы аудио-системы.
Достаточное отношение сигнал/шум является одной из характеристик профессионально разработанной системы звукоусиления. Термины «динамический диапазон» и «сигнал-шум» часто используются как синонимы, но при ближайшем рассмотрении оказывается, что они совсем не то же самое.
Динамический диапазон звуковой системы это разница в уровне между высшим пиком сигнала, который может быть воспроизведен системой (или устройством в системе) и амплитудой высшей спектральной составляющей шума.
Каждый электронный прибор имеет свой динамический диапазон, который определяется, прежде всего, ограничениями электропитания и уровнем остаточного шума прибора. Сильная узкополосная компонента порога шума устройства ограничивает динамический диапазон системы.
Соотношение сигнал/шум это разница между средним уровнем сигнала и средним уровнем шума. Устройство, которое работает на некоем среднем выходном уровне программного материала, должно иметь пики, которые превышают этот уровень на 10-20 дБ.
Именно поэтому мы держим средний уровень около «0» на RMS-индикации на мастере, а весь остальной размах напряжения резервируется для пиков в программном материале. Средний уровень (average level) имеет важное значение — это то, по чему мы, как слушатели, судим о программной громкости.
Если использовать вольтметр для измерения RMS-значений остаточного шума устройства, отношение сигнал/шум будет равно разнице в уровне между этим значением (обычно выраженным в dBV или dBu) и номинальным «нулевым» выходным уровнем (также выраженным в dBV или dBu). При этом предпочтительно, чтобы устройство работало на уровне «около ноля», подобно тому, как большинство микшерных консолей для оптимизации их структуры усиления.
Динамический диапазон системы (или компонента системы) не зависит от присутствия сигнала. Это просто разница между максимально возможным неискаженным выходным уровнем и самым высоким уровнем собственного шума (обычно А-взвешенного) какого-либо компонента в системе. Соотношение «сигнал/шум» требует наличия сигнала, поэтому оно должно измеряться при фактическом использовании системы или компонента системы.
Система с широким динамическим диапазоном может иметь плохое соотношение «сигнал/шум» из-за неудачного способа её эксплуатации. «Динамический диапазон» можно использовать для описания производительности, которой можно добиться от системы или устройства, в то время как «сигнал/шум» может использоваться для описания того, что фактически достигнуто на практике.
На практике
Для измерения уровня звукового давления (SPL) при живом выступлении SPL-метр должен использовать А-взвешивание, а измерительный микрофон должен находиться в типичной позиции слушателя, на высоте около метра.
А-взвешивание обычно используют, поскольку эта шкала, как и люди, наиболее чувствительна к части спектра от 1 кГц до 4 кГц. Поскольку большинство измерителей звукового давления имеют возможность усреднения измерений, то это дает средний уровень звукового давления при исполнении.
На графике справа — кривые А-, В-, и С-взвешиваний.
Конечно, пики в программном материале повышают это среднее значение, хотя измеритель не может реагировать достаточно быстро, чтобы прочитать их. Этот «лаг измерения» составляет обычно порядка 10 дБ, но может быть выше (или ниже) в зависимости от программного материала.
Теперь, если все источники звука на сцене замолчат (но микрофоны останутся открытыми), то можно будет измерить уровень собственных шумов системы, тем же SPL-метром, и тем же способом. В правильно спроектированной звуковой системе этот шум будет создаваться окружающей средой из открытых микрофонов (но не остаточными шумами электронных компонентов).
В аудитории с собственным уровнем шума 40 дБА, отношение сигнал/шум с типичным «лекторским» микрофоном будет только порядка 37 дБ со «средним» спикером (77 dBA), стоящим на расстоянии 1 фут от микрофона. Десять открытых микрофонов могут повысить минимальный уровень шума еще на 10 дБ, если их чувствительность и настройки такие же, как у первого микрофона, исходя их 10 log (количество открытых микрофонов) = 10 дБ.
К сожалению, для повышения отношение сигнал/шум системы в данном случае нет никакого выбора, увеличение уровня полезного сигнала также приведет к увеличению шума. Это очевидное последствие применения дальних микрофонов и невозможности отключения ненужных микрофонов.
Теперь, если сильный вокалист способен произвести 120 dBA в ручной микрофон в этой же системе (что не редкость для вокалистов, поющих в ручные, ближние микрофоны), то сигнал/шум будет порядка 80 dB (120 dB — 40 dB = 80 dB). Вот почему мы настаиваем, что правильная микрофонная техника имеет важное значение для хорошей производительности, поскольку, в конечном счете, влияет на соотношение сигнал/шум системы.
Мы используем минимальное значение в 25 dB для отношения сигнал/шум в звуковой системе в аудитории с большим количеством открытых микрофонов.
Скажем, в той же системе самый громкий звук, который система может произвести линейным способом, будет 110 dBA в том же положении слушателя.
Даже если система эксплуатируется на среднем уровне в 90 dBA, пики такого масштаба, безусловно, возможны. Наивысший программный пик будет определяться используемым громкоговорителем и усилителем мощности, подключенным к нему. Мы сейчас имеем один ингредиент, который требуется, чтобы найти динамический диапазон системы.
Если самым громким компонентом шума является гул от кондиционера, который находится на уровне 35 dBA, то динамический диапазон системы некуда увеличивать (110 dBA — 35 dBA = 75 dBA). Динамический диапазон может быть увеличен только путем отключения кондиционера, чтобы удалить гул.
Как вы можете видеть из этих примеров, среда определяет и динамический диапазон, и отношение сигнал/шум звуковой системы. Поскольку большинство электронных компонентов в системе имеют динамический диапазон порядка 100 dB или больше, звуковая система сама по себе никогда не должна быть слабым звеном, когда дело доходит до конечного результата для слушателя. Профессиональная система должна иметь динамический диапазон не менее 96 dB со всеми работающими электронными устройствами.
Только для студии или домашнего кинотеатра порог шума электронных устройств должен быть фактором, определяющим динамический диапазон или отношение сигнал/шум в положении слушателя. Поэтому можно спроектировать акустическую систему с очень широким динамическим диапазоном, но в целом соотношение сигнал/шум может быть довольно низким из-за особенностей самого помещения.
Можно даже спроектировать систему с более чем 100 dB динамического диапазона в каждом компоненте, и обнаружить, что сигнал/шум резко уменьшается во время фактического использования из-за неверно установленной (диаграммы уровней) при настройке системы. Наиболее распространенной причиной этого является применение усилителей, открытых «на-полную», что приходится компенсировать, держа средний уровень на мастере микшерной консоли на уровне -20 dBV.
При проектировании системы мы выбираем отдельные компоненты, которые имеют широкий динамический диапазон, и затем калибруем систему, чтобы достичь максимального соотношения сигнал/шум.
Пэт и Бренда Браун
Пэт и Бренда возглавляют компанию SynAudCon, которая проводит аудио-семинары и онлайн-семинары по всему миру. Для получения дополнительной информации зайдите на сайт www.prosoundtraining.com .
____________________________________________________
Меня зовут Луи Филипп Дион (Louis Philippe Dion), я звукорежиссёр Rainbow Six: Siege, работаю в Ubisoft уже семь лет. Прежде я занимался звуковым оформлением в Prince of Persia и Splinter Cell. Также я работал продакт-менеджером собственного звукового движка компании Ubisoft.
До прихода в игровую индустрию я работал звукооператором на съёмках нескольких сериалов и фильмов. На досуге я, сколько себя помню, занимался музыкой, воспитывая к себе любовь к синтезаторам, гитарам, да и вообще ко всему, что может производить звук.
Проявляя большой интерес к техническим аспектам звука, я с энтузиазмом перешёл в индустрию игр. Я чувствовал, что, по сравнению с телевидением и кино, игры предлагают более широкий простор для инноваций и технологических прорывов. Сейчас мы только едва коснулись потенциала интерактивного звука, сведения в реальном времени и новых алгоритмов позиционирования, и мне очень интересно, что преподнесёт нам будущее.
С распространением звука связаны три базовых аспекта физики: отражение (когда звук отскакивает от поверхностей), поглощение (когда звук проходит сквозь поверхность, но лишается некоторых частот) и дифракция (когда звук огибает объекты). Ваш слух ежедневно отмечает эти явления. В реальной жизни за предполагаемое положение источника звука отвечает множество других факторов, но я сосредоточусь именно на физике распространения звука и о том, как мы её имитируем.
Главной инновацией в Siege было обильное использование дифракции – мы для этого используем термин «обструкция». С помощью стратегического размещения на карте «узлов распространения» мы могли высчитывать простейший путь звука от источника к слушателю. Простота пути зависит от нескольких факторов, а именно, от длины пути, общей величины огибаемых углов и штрафов на степень разрушения на определённых узлах.
Например, если стена не повреждена, узел внутри неё не учитывается алгоритмом (бесконечный штраф). А вот если в ней дыра, узел будет доступен для выбора пути распространения. Затем мы виртуально смещаем источник звука в соответствии с направлением таких путей, что в конечном итоге и выступает аналогом дифракции.
Также мы применяем несколько стратегий для симуляции поглощения, называя это «окклюзией». В зависимости от источника, мы либо проигрываем заранее подготовленную приглушённую версию звука (например, шаги на верхнем этаже) или же проигрываем звук напрямую от источника с фильтрацией частот в реальном времени. Второй вариант увеличивает нагрузку на процессор, так что он преимущественно зарезервирован для звуков оружия. В реальной жизни можно одновременно услышать поглощённую и отклонённую версию звука, и мы тоже комбинируем их, давая больше информации о реальном местонахождении источника.
Наконец, для отражения (по нашей терминологии «реверберации») мы используем импульсный ревербератор. Это специальный ревербератор, «сканирующий» акустические свойства настоящей комнаты, и затем проигрывающий в ней звуки из нашей игры. На мой взгляд, этот метод на световые годы вперёд обгоняет традиционные параметрические ревербераторы – по крайней мере, для симуляционных целей. Единственный минус в том, что из-за нагрузки на процессор мы не можем применять его в большом количестве случаев. Для обхода этого ограничения мы «привязываем» реверберацию к оружию и проигрываем её обратно в направлении этого оружия, что предоставляет игроку более точную информацию о местонахождении противника.
Разрушаемое окружение было главной трудностью во время разработки системы распространения звука. Одно дело вести звук по кратчайшему пути, и совсем другое, когда уровень изменяется во время игры – таким мы прежде никогда не занимались. Было непросто сохранять высокое качество звука, не забывая при этом о производительности. Мы поместили несколько узлов в разрушаемое окружение, и они оставались закрытыми до повреждения объекта. Мы раз за разом экспериментировали с разным количеством возможных путей распространения, пока не нащупали золотую середину между точностью и быстродействием.
Что интересно, модификаторы распространения звука работают не только в одну сторону: узлы могут как открываться, так и закрываться. Баррикадируясь и усиливая стены, игроки тоже меняют путь распространения звука. Такие преграды не обязательно должны полностью закрывать узел – в зависимости от свойств материала (дерево, стекло, бетон и т.д.), звук всё ещё может проходить насквозь, но с определённым штрафом. К примеру, деревянные и металлические баррикады имеют разные настройки приглушения звука.
С таким уровнем разрушаемости, как в Siege, случилась бы катастрофа, положись мы лишь на окклюзию без использования обструкции. Окклюзия в таком случае была бы слишком мощным «валлхаком». Играя за защиту, можно было бы просто разрушить как можно больше стен и прислушиваться, где именно идут атакующие – у них бы не было и шанса. Мы пытаемся сохранять максимальную точность звука, но симуляция «реальной физики» ещё и добавляет в игру дополнительный слой догадок о местонахождении противника, что уравнивает обе стороны. Конечно, в некоторых ситуациях этот момент может сильно расстроить, но такова и реальная жизнь.
Карта Hereford
Бесшумность и бездействие являются ключевыми принципами игры, и даже с трёхминутным таймером раунда игроки предпочитают прислушиваться к соперникам. На самом деле, ещё только приступая к разработке, мы подумывали, что игровое окружение будет звучать довольно неинтересно. Тихо выжидать в спальне пригородного домика – это вам не сражение в гуще боя и не космическая схватка, верно?
На тот момент в игру были добавлены ещё не все звуки, а система их распространения находилась лишь в ранней стадии разработки. Но когда все кусочки паззла стали потихоньку собираться воедино, мы поняли, что способны добиться кое-чего посерьёзнее «поддельного напряжения». Угроза, которую вы слышите, реальна и направляется к вам. Отказавшись от тяжёлого эмбиента, мы смогли и повысить тревожность атмосферы, и создать простор для предоставления игрокам более точной информации о противнике.
Схема распространения звука на карте Hereford
Особое внимание мы уделили звукам перемещения, позволяющим просто прислушиваться, чтобы понять местонахождение врага – по звуковым подсказкам вполне можно определить вес, броню и скорость оперативника. Баррикады, гаджеты и прочие устройства также снабжены специфическими звуками.
Звуки, что издаёт игровой персонаж, усилены по двум важным причинам: во-первых, игрок понимает, что сильно шумит и что это может его выдать; во-вторых, это даёт понять, что необходимо замедлиться, если хочешь прислушаться. Это основа дизайна звука в Siege: передвигаясь медленнее и прислушиваясь к окружению, можно собрать больше информации и сыграть лучше.
Узлы распространения крупным планом
Начиная работу над проектом, мы стремились к созданию тревожной атмосферы. На каком-то моменте мы добавляли для этого музыку и эффекты, но, как уже было сказано, лучшей идеей было использование самих игроков в качестве источников звука. Так что все «поддельные» звуки мы убрали, сосредоточившись на том, что действительно имеет значение.
Сегодня, спустя немалое время, всё это выглядит очевидным, но я вижу, что редкие игры отказываются от классического искусственного напряжения атмосферы. Избавление от эффектов, как по мне, придало Siege отличительное звучание, которое не только приятно на слух, но и во многом влияет на игровой процесс.
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.
