Аудиоинформация. Источники и преобразователи аудиоинформации. Классификация преобразователей аудиоинформации. Виды и принцип действия о

  

Стереофонический микрофон представляет собой систему из двух микрофонов, конструктивно размещенных  в общем корпусе на одной оси  друг над другом.

 

Радиомикрофон представляет собой систему, состоящую из микрофона, переносного малогабаритного передатчика  и стационарного приемника. Микрофон чаще всего используют динамический катушечный или электретный. Передатчик либо совмещают в одном корпусе  с микрофоном, либо выполняют карманного типа. Он излучает энергию радиочастот  в УКВ диапазоне на одной из фиксированных частот. Вследствие влияния  дополнительных преобразований в системе "передатчик - эфир - приемник" качественные параметры радиомикрофона уступают параметрам обычного микрофона.

 

Для приема речи в условиях окружающего шума применяют ларингофоны. Эти приборы воспринимают механические колебания гортани, возникающие  при речеобразовании. Для этого  ларингофоны (обычно пара) прижимаются  к шее в области гортани. По принципу преобразования ранее применялись  угольные ларингофоны, а в настоящее  время - электромагнитные. Отличие их от соответствующих микрофонов в  том, что в них нет диафрагм, на которые воздействует звуковое давление, а подвижный элемент вследствие инерции перемещается относительно корпуса колеблющегося в такт с колебанием гортани, к которой  он прилегает.

 

Акустические системы.

 

 Основная часть электродинамической головки — диффузор, который и создает звуковые волны. У диффузора электродинамической головки имеется две поверхности — передняя и задняя. Соответственно в процессе колебательного движения диффузора порождаются две звуковые волны, одна из которых исходит от его передней, а вторая — от его задней поверхности. Эти волны противофазны друг другу и в открытом пространстве частично гасят друг друга. Чтобы устранить данный эффект гашения, волну, излучаемую задней поверхностью диффузора, гасят посредством помещения электродинамической головки в закрытое пространство (в корпус акустической колонки). Для разных частот используются различные типы диффузоров. Так, для средних и низких частот применяют кевларовые диффузоры, а для высоких частот — шелковые. Кроме диффузора, электродинамическая головка имеет также подвес, основная задача которого — возвращать диффузор в исходное состояние при его колебательном движении. Подвес должен быть достаточно жестким, чтобы быстро возвращать диффузор в исходное состояние, но в то же время довольно мягким, чтобы не препятствовать движению диффузора.

 

Немаловажное значение имеет  и размер колонки, в которой размещается  электродинамическая головка. В  малом корпусе колонки создается  избыточная упругость воздуха внутреннего  объема, которая давит на диффузор с обратной стороны, вызывая снижение гибкости его подвеса. Особенно отрицательно это сказывается на низкочастотных динамиках. 

 

Основные характеристики акустических систем:

 

• громкость акустической системы;

 

• мощность акустической системы;

 

• чувствительность;

 

• амплитудно-частотная  характеристика;

 

• гармонические искажения;

 

• нелинейные искажения;

 

• соотношение «сигнал/шум»;

 

• разделение частот.

 

Громкость акустической системы  измеряется абсолютно аналогично громкости  звука. Единственное различие — в  основу измерения закладывается  не сила звука, а напряжение на электродинамической головке. Громкость акустической системы непосредственно связана с громкостью создаваемого звука. Поэтому если в паспорте акустической системы указано, что значение громкости составляет у нее 60 дБ, то в помещении при включенной на максимум такой системе разговаривать придется на повышенных тонах.

 

Поскольку мощность акустической системы можно измерять различными способами, соответственно существуют разные единицы измерения мощности.

Мощность, измеряемая в RMS (Root Mean Squared — среднеквадратичное значение), измеряется подачей сигнала на частоте 1 кГц на расстоянии 1 м от динамика при достижении заданных нелинейных искажений (обычно 10%). Так, если говорится, что мощность акустической системы составляет 50 Вт RMS, то это значит, что при подаче на нее сигнала мощностью 50 Вт колонка может работать длительное время без механического повреждения электродинамической головки (разрыв диффузора, повреждение подвеса, повреждение катушки и т.д.). Однако при столь сильных искажениях (10%) расслышать что-либо практически невозможно из-за сильных хрипов.

Еще одним вариантом измерения  мощности является измерение пиковой  кратковременной нагрузки (Peak Music Power Output, PMPO). Данная мощность определяет пиковую кратковременную нагрузку, которую акустика может выдержать без механического повреждения. Практического смысла данная мощность не имеет.

 

Чувствительность акустической системы характеризует звуковое давление, создаваемое колонкой на расстоянии 1 м при подаче сигнала мощностью 1 Вт и частотой 1 кГц. Чувствительность измеряется в децибелах относительно порога слышимости (2Ѕ10-5 Па). К примеру, чувствительность 85 дБ/Вт/м означает, что колонка способна создавать звуковое давление в 85 дБ на расстоянии 1 м от динамика при подаче сигнала мощностью 1 Вт. Условно считается, что чувствительность 84-88 дБ/Вт/м является низкой, чувствительность 89-92 дБ/Вт/м — средней, а чувствительность 93-102 дБ/Вт/м — высокой. Чувствительность является довольно показательной характеристикой колонки, поскольку непосредственно определяет ее громкость. К примеру, при сравнении двух АС мощностью 60 Вт RMS предпочтение следует отдавать той, у которой выше чувствительность, поскольку громкость звука, создаваемого такой колонкой, будет больше при прочих равных условиях. 

 

Амплитудно-частотная характеристика представляет собой график зависимости изменения амплитуды выходного сигнала от его частоты во всем диапазоне воспроизводимых частот. АЧХ измеряют путем подачи неизменного по амплитуде синусоидального сигнала, который меняется по частоте. На графике амплитуда синусоидального сигнала, соответствующего частоте 1 кГц, принимается за 0 дБ. В идеальном случае АЧХ представляет собой прямую линию во всем частотном диапазоне (от 20 Гц до 20 кГц). В этом случае сигнал воспроизводится без искажения. Однако в реальности таких идеальных АЧХ не бывает.

Иногда вместо термина  АЧХ используют понятие FR (Frequency Response — частотный отклик). В этом случае вместо графика АЧХ приводятся лишь граничные воспроизводимые частоты и неравномерность. К примеру, если указывается 120 Гц-18 кГц (± 3 дБ), это значит, что у данной акустической системы в частотном диапазоне от 120 Гц до 18 кГц звучание достоверное и искажение (изменение амплитуды сигнала относительно амплитуды на частоте 1000 Гц) не превышает 3 дБ.

 

Гармонические искажения  — это искажения сигнала при  его воспроизведении по частоте. То есть в результате нелинейной характеристики передающего тракта сигнал при воспроизведении  обогащается паразитными гармониками, которые искажают его. Нелинейные искажения измеряются подачей синусоидального сигнала частотой 1000 Гц. С помощью специального фильтра в звуковом сигнале устанавливаются «лишние» гармоники и определяется их мощность. Итоговый результат выражается в виде коэффициента гармонических искажений (Total Harmonic Distortion, THD), который представляет собой вес дополнительных гармоник в спектре исходно синусоидального сигнала частотой 1 кГц после прохождения им искажающего тракта. Данный коэффициент вычисляется как квадратный корень отношения суммы мощностей всех гармоник, кроме основной, к мощности полезного сигнала. Акустика класса Hi-Fi должна иметь THD не более 1,5% на частоте 1000 Гц.

 

Соотношение «сигнал/шум» (Signal to Noise Ratio, SNR) — это характеристика, которая определяет соотношение между максимальной амплитудой полезного сигнала и паразитного шума. Паразитные шумы генерируются различными электронными компонентами аудиотракта и возникают вследствие неидеальной обработки сигнала. Соотношение «сигнал/шум» измеряется в децибелах.

 

Показатель SNR для очень  хорошей акустической системы имеет  значение более 90 дБ, для системы  среднего класса — порядка 75-85 дБ, а  для некачественной системы — менее 60 дБ.

 

Перекрестные помехи —  этот показатель определяет, сколько  средних и низких частот передается на высокочастотный динамик. Вычисляются  перекрестные помехи как отношение  переданного сигнала к заглушенному с помощью частотного фильтра. Например, значение 60 дБ указывает, что частотный  фильтр из исходного сигнала при  подаче на высокочастотный динамик  понижает низкие и средние частоты  на 60 дБ.

 

Я хотела бы добавить некоторую  информацию, которая, по моему мнению, тоже относится к данной теме.

 

Временная дискретизация  звука.

 

Для того чтобы компьютер  мог обрабатывать звук, непрерывный  звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука. Таким образом, непрерывная зависимость громкости звука от времени A(t) заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность "ступенек".

Частота дискретизации.

 

Для записи аналогового звука  и преобразования его в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. е. частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за I секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее "лесенка" цифрового звукового сигнала повторяет кривую диалогового сигнала.

Частота дискретизации звука  – это количество измерений громкости звука за одну секунду.

Частота дискретизации звука  может лежать в диапазоне от 8000 до 48 000 измерений громкости звука  за одну секунду.

 

Глубина кодирования звука.

 

Каждой "ступеньке" присваивается  определенное значение уровня громкости  звука. Уровни громкости звука можно  рассматривать как набор возможных  состояний N, для кодирования которых  необходимо определенное количество информации I, которое называется глубиной кодирования звука.

Глубина кодирования звука  – это количество информации, которое  необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.

Если известна глубина  кодирования, то количество уровней  громкости цифрового звука можно  рассчитать по формуле N = 2I.

В процессе кодирования каждому  уровню громкости звука присваивается  свой 16-битовый двоичный код, наименьшему  уровню звука будет соответствовать  код 0000000000000000, а наибольшему – 1111111111111111.

 

Качество оцифрованного  звука.

 

Чем больше частота и глубина  дискретизации звука, тем более  качественным будет звучание оцифрованного  звука. Самое низкое качество оцифрованного  звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки (режим "моно"). Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации 48 000 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек (режим "стерео").

Необходимо помнить, что  чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем  звукового файла. Можно оценить  информационный объем цифрового  стереозвукового файла длительностью  звучания 1 секунда при среднем  качестве звука (16 битов, 24 000 измерений  в секунду). Для этого глубину  кодирования необходимо умножить на количество измерений в 1 секунду и умножить на 2 (стереозвук):

16 бит * 24 000 * 2 = 768 000 бит = 96 000 байт = 93,75 Кбайт.

 

Звуковые редакторы.

 

Звуковые редакторы позволяют  не только записывать и воспроизводить звук, но и редактировать его. Оцифрованный звук представляется в звуковых редакторах в наглядной форме, поэтому операции копирования, перемещения и удаления частей звуковой дорожки можно легко  осуществлять с помощью мыши. Кроме  того, можно накладывать звуковые дорожки друг на друга (микшировать  звуки) и применять различные  акустические эффекты (эхо, воспроизведение  в обратном направлении и др.). Звуковые редакторы позволяют изменять качество цифрового звука и объем звукового файла путем изменения частоты дискретизации и глубины кодирования. Оцифрованный звук можно сохранять без сжатия в звуковых файлах в универсальном формате WAV или в формате со сжатием МР3.

 

При сохранении звука в  форматах со сжатием отбрасываются "избыточные" для человеческого  восприятия звуковые частоты с малой  интенсивностью, совпадающие по времени  со звуковыми частотами с большой  интенсивностью. Применение такого формата  позволяет сжимать звуковые файлы  в десятки раз, однако приводит к  необратимой потере информации (файлы  не могут быть восстановлены в первоначальном виде).

 

Что такое АЦП и ЦАП.

 

Запись звука происходит через микрофон, который создает  непрерывный электрический сигнал, а воспроизведение – через  динамики, которые звучат также под  действием непрерывного электрического сигнала. Как же работа этих устройств  совмещается с дискретными данными  в памяти компьютера? Происходит преобразование аналоговой формы представления  звука в дискретную и обратное преобразование. Первый процесс называется аналого-цифровым преобразованием (АЦП), второй – цифро-аналоговым преобразованием (ЦАП).

 

Качество аудиосигнала.

 

Чистота и тембр звука  определяются в первую очередь аудиокодеком, а точнее — его разрядностью и  частотой дискретизации (чем они  выше, тем качественнее будет звук). Эта обработка может выполняться  либо аппаратно специальным чипом  — аудиопроцессором, либо программно с помощью драйверов, что занимает ресурсы CPU.