Rambler's Top100
Stolica.ru
Реклама на сайте | Реклама в Интернет | "Все Кулички"


Главная страница
Все о компьютерном "железе"
Вся полезная информация
Эрудиту
Гарантированная продажа рекламных мест
Цены магазинов Москвы на ноутбуки и мобильные компьютеры
Мои разработки и переводы
Микроконтроллеры >>
Мои разработки
Полезные конструкции
Программаторы
FAQ по ПИКам
"Глюки" ПИКов
Ссылки
Железо и драйвера >>
Статьи и FAQ
Ссылки на статьи
Определение конфигурации
Настройка компонентов ПК
Утилиты для накопителей информации
Ремонт "железа"
Восстановление информации
Полезный софт
Операционные системы
Безопасность и защита информации
Радиоэлектроника
Программирование >>
Техдокументация
Разработчику программ
Мобильники
Вебмастеру
Поиск информации
On-Line перевод
Обмен ссылками, сотрудничество
Немного о себе
Контакты
Гостевая книга
Форум

Поиск на сайте
Поиск на Куличках:

Сделать стартовой страницей

Реклама:

(!) MP3 плееры всех видов. Возьми с собой 6 обычных Audio-CD на одном(!!!) MP3-CD
Телевизоры, DVD-плееры, видеомагнитофоны, видео-плееры. Аппаратура Hi-End класса


rax.ru: показано число посетителей за сегодня

Рейтинг@Mail.ru

RadioTOP-рейтинг радиотехнических сайтов
PROext: Top 1000
ENGLISH version
Доброе утро! Вторник, 23 января 2018
Формула хорошего звука или Все, что вы знали, но стеснялись спросить
Источник: UPGRADE
Автор: Мини-Мы




Все мы очень умные люди. Умудренные опытом. Знающие все на свете обо всем. Мы при желании и самосбором заняться можем, захотим - запросто прогрузим продавца про то, что пора бы завезти новые материнские платы от Intel, да и новую видеокарту разогнать нам особого труда не составит.

Главное в нашем деле - не подать виду, что чего-то не знаешь или не понимаешь. Хотя с каждым, наверное, приключались разного рода комические ситуации. Вот встретишь, бывало, друга своего какого-нибудь, а он тебе хвастается новыми колонками монгольской фирмы Фудзияма да твердит что-то про каких-то ДиЦыБиллов, которые не умеют строить графики АЧХ и при этом в диапазоне слышимости круто вставляют, ибо мощные.

Не слабо да? Как говорится, из того, что сказал - только "палитру" знаю. Но дабы не показать своей слабости, стоишь и киваешь с умным видом, местами с неподдельным интересом переспрашивая о количестве ДиЦыБиллов и искренне возмущаясь их не способностью строить простейшие графики. Смешно, да? Хотя ситуация, в общем-то, жизненная.

А ведь мы уверены, что вы когда-то все это знали. Ну или почти все. Большинство этих крайне мудрых слов и словосочетаний, наверняка пыталась вбить вам в голову любимая учительница физики Марья Ивановна. Поэтому если вы до сих пор помните все ответы на контрольную за 10 класс, то смело переворачивайте страницу. А если вы были нормальным школьником и просто многое позабыли, то мы постараемся помочь вам освежить клетки серого вещества. 

Немного общей теории

В качестве разминочки давайте кратко рассмотрим некоторые особенности звука. Самого по себе. 
Итак, звук представляет собой... нет, не лучшее начало. Наверное лучше сказать по-другому: когда какой-то предмет колеблется, его колебания возбуждают воздух, колебания воздуха улавливаются нашими ушами, а затем в мозгу преобразуются в ту самую штуку, которую мы называем звуком.

Отличать одни звуки от других мы можем в основном по частоте воздушных колебаний (тональность звука), их амплитуде (громкости) и частотным обертонам (тембру).
Частота колебаний чего угодно, в том числе и воздуха, измеряется в штуках в секунду.

Одно колебание в секунду равно 1 Гц, сто колебаний - 100 Гц и т. д. Считается, что ухо некоего среднестатистического человека способно улавливать колебания воздуха от 16 Гц до 20 кГц. Частота звука субъективно воспринимается как высота тона. Соответственно частотный диапазон условно разделяют на нижнюю, среднюю и верхнюю части. Низкими звуками, или басами, называют воздушные колебания с частотой примерно 16-70 Гц.

Чуть более высокую часть диапазона, до 100-120 Гц, нередко кличут мидбасом. Следующую часть звукового диапазона, примерно до 1 кГц, называют нижнесредними частотами, средние частоты располагаются в диапазоне 4,5-5 кГц. От 5 до 

10 кГц - средневысокие частоты, остальная часть диапазона - высокие, выше которых только ультразвук. Самая нижняя часть диапазона располагается от 0 до 16 Гц и зовется инфразвуком.

Амплитуда звуковой волны, от которой зависит воспринимаемая громкость звука, не вполне совпадает с кажущимся ощущением. Для большего приближения к тому, что мы слышим, искусственным путем была выведена синтетическая единица измерения, которую назвали децибелом (дБ). Примерное соответствие некоторых звуков и синтетических единиц можно наблюдать в таблице 1.
 
Таблица 1. Уровни громкости
Звук  Громкость, дБ
Порог слухового ощущения  0
Шепот  20-25 
Разговор в комнате  50
Симфонический оркестр  80-100
Взлет истребителя  120
Болевой порог  160

Реальный звук состоит не только из основного колебания, но и из некоторого количества дополнительных колебаний меньшей амплитуды более высокой частоты. Основное колебание самой низкой частоты определяет слышимый тон, оно так и называется - основным. Сопутствующие колебания называются обертонами, или гармониками.

Частота колебаний обертонов кратна частоте основного тона, гармоника с частотой вдвое выше основного тона называется гармоникой первого порядка, с частотой втрое выше - второго порядка, и так далее. Количество, порядок и амплитуда гармоник определяют тембр звучания, который позволяет нам, к примеру, ясно различать звучания разных инструментов, даже если тональность звуков полностью совпадает.

Характеристики

Мощность (power) - характеризует подводимую к устройству (АС) или выходную (усилитель) максимальную мощность электрического тока. Хотя этот параметр заявляется производителем в первую очередь и пишется наиболее крупными буквами, но информации несет мало, и к качеству звука он практически не имеет отношения.

На практике этот стандарт может пригодиться для согласования между собой усилителя и колонок. Мощность имеет некоторое отношение к максимальной громкости сигнала. Если речь идет о мощности АС, для описания максимальной громкости необходимо еще учитывать ее чувствительность. Кстати, к слову скажу, что у стандартов, описывающих мощность в звукотехнике, есть некоторые особенности.

К примеру, наши, отечественные стандарты называются совсем иначе. Вместо западных RMS, DIN и прочего у нас, в соответствии с ГОСТ, есть номинальная мощность, паспортная мощность, максимальная долговременная и кратковременная мощности. Вот так-то. 

Чувствительность (sensitivity) АС характеризует отношение между амплитудой электрического сигнала и развиваемым звуковым давлением. В случае, когда чувствительность колонок равна, громче будут орать более мощные.

В настоящее время мощность аудиоустройств описывают с помощью двух стандартов. В соответствии со стандартом RMS, мощность измеряется синусоидальным сигналом на частоте 1 кГц при достижении 10% нелинейных искажений.

Предпринятая попытка как-то увязать мощность с качеством не слишком удачна, поскольку, во-первых, на любой другой частоте количество искажений может быть каким угодно, а во-вторых, музыка существенно отличается от синусоидального сигнала. Из-за того, что процент нелинейных искажений при одной и той же мощности будет разным, мощность RMS не пригодна ни для выбора совместимого усилителя и акустической системы, ни для сравнения однотипных устройств на предмет максимальной громкости.

Существует еще один стандарт измерения мощности - PMPO. Аббревиатура PMPO расшифровывается как Peak Music Power Output (в вольном переводе - предел максимальной пожароустойчивости объекта). Мощность тестового сигнала ограничивается только пожароустойчивостью колонок, а время, в течение которого испытуемых поджаривают током, не нормировано и может быть сколь угодно коротким.

То есть мощность PMPO трактуется так: существует такой микроскопический промежуток времени, в течение которого девайс можно бить током указанной мощности, и он не выйдет из строя. Сей параметр абсолютно бесполезен, сравнивать и сопоставлять по этому параметру аудиохардварины нельзя, поскольку время подведения тестового сигнала может различаться.

Частотный диапазон (по-аглицки - frequency response) несет информацию об интервале, на котором АС может воспроизводить звуки. Сейчас на любом изделии, включая самые дешевые и тухлые пластиковые чебурашки, указывают частотный диапазон 20-20 000 Гц. Значит ли это, что покупателя нагло обманывают?

Нет, друзья, у волшебника Сулеймана все по-честному, без обмана. Если система сможет хоть как-то издать звук в 20 или 20 000 Гц, а в мире существует как минимум один сверхчувствительный микрофон, способный зафиксировать колебания воздуха на этой частоте, значит, фактически, информация правильная. Правда, при этом основная часть диапазона будет звучать децибел так на 60 тише, и вряд ли кто-то сможет расслышать при воспроизведении реального сигнала не то что 20, а даже 60-70 Гц.

Так что же, выходит, что частотный диапазон - абсолютно бесполезная характеристика? Сама по себе - да. Однако иногда указывают уровень спада амплитуды сигнала, по которому замерен частотный диапазон, либо неравномерность АЧХ на указанном диапазоне. В нашем случае, если бы не стыдливость и застенчивость производителя чебурашек, был бы указан уровень спада 60 дБ. Ну а в качественных изделиях частотный диапазон указывается по уровню спада - 8 дБ.

Если в паре с частотным диапазоном указывается неравномерность АЧХ - еще лучше. Неравномерность АЧХ - разница между самым высоким пиком и самым глубоким провалом АЧХ. В этом случае уже можно составить некоторое представление об изделии, но существует значительно более информативный параметр, и зовут его...

График АЧХ. Кстати, расшифровывается аббревиатура как амплитудно-частотная характеристика и представляет собой графическое изображение зависимости амплитуды звука от частоты. По этому графику вы сможете сами определить частотный диапазон, по тому уровню спада амплитуды сигнала, который вам больше нравится. График отражает все амплитудные искажения, выпавшие на долю железки.

Эти искажения - пики и провалы - следствия резонансов различных элементов схемы и / или механики девайса. Графическое изображение зависимости амплитуды звука от частоты уже позволяет составить некоторое представление о том, как будет звучать система. Можно сделать выводы о том, в какой части диапазона звучание девайса будет усилено, а в какой будет неслышно.

Любые искажения наиболее заметны в диапазоне 500 - 4500 Гц, затем приоритетно качество средневысоких и высоких частей диапазона (4500 - 20 000 Гц) и нижнесредней части диапазона 500 - 100 Гц, наименее заметны искажения на нижних частотах - от 100 до 16 Гц. Есть еще один момент, который поможет вам при анализе графика АЧХ - форма и длина всплесков и провалов. Существует, в общем-то, правильное утверждение, которое гласит, что слух человека не способен слышать искажения АЧХ менее, чем на 2 дБ.

Утверждение в чем-то правильное, но в реальности существуют пики и спады амплитудой всего в 1-1,5 дБ, которые очень даже можно услышать. Посмотрите на рисунок 2. Первый слева всплеск АЧХ довольно узкий, его амплитуда составляет 8 дБ, второй - более широкий и пологий, высотой 4 дБ, и третий, самый широкий и самый тихий, - амплитудой всего 
1,5 дБ.

И, тем не менее, все эти пики одинаково заметны. Общая закономерность такова - чем меньше добротность резонанса (а значит и ширина всплеска или провала на графике), тем больше он будет заметен.

Пики и провалы в 1/8 октавы уже практически незаметны и, кстати, поэтому при измерении неравномерности АЧХ не учитываются.

Существует еще один график, описывающий параметры аппаратуры - ФЧХ, или фазочастотная характеристика. Если сигнал на определенной частоте приходит с некоторой задержкой, или звук в результате длится больше или меньше, чем требуется, значит, здесь появились они, родимые. Причиной фазовых искажений, как и в случае АЧХ, являются резонансы элементов схемы или механических деталей (в случае с АС).

Фазовые искажения могут появиться из-за неидеального проектирования и реализации устройств или из-за экономии. Вызванные резонансами амплитудные искажения будут влиять и на фазочастотную характеристику, поэтому составить некоторое представление о ФЧХ устройства можно по его АЧХ. Отдельные графики ФЧХ производители аудиодевайсов публикуют редко, а возможно, вообще этого не делают. Мне таковые ни разу не попадались.

Динамический диапазон (Dynamic Range) частично характеризует шум, генерируемый устройством в отсутствии полезного сигнала. Значение динамического диапазона - отношение между самым громким звуком (естественно, ручки громкости тут не при чем) и уровнем шумов. Таким образом, этот параметр определяет диапазон, в котором может меняться амплитуда звука, не теряя в качестве.

Это особенно актуально для записей классической музыки, где громкость сильно и практически перманентно меняется в течение всей композиции и на самом низком уровне отчетливо слышна и не сливается с шумом.

Как и динамический диапазон, соотношение сигнал-шум (SNR) описывает количество шумовых примесей к сигналу.

Соотношение сигнал-шум описывает соотвественно соотношение между полезным сигналом максимальной амплитуды и шумами, присутствующими в это же время в аудиотракте. Во время прохождения полезного сигнала к шумам, сгенерированным девайсом, добавляются новые, только что появившиеся в результате неидеальной обработки сигнала.

Таким образом, чем ближе друг к другу динамический диапазон и сигнал-шум, тем лучше в устройстве реализованы такие замечательные штуки, как фильтрация и обработка сигнала.

Искажения

Гармонические искажения - одна из самых неприятных добавок, которыми потчует слушателей аналоговый тракт. По названию этого вида нелинейных искажений можно догадаться, что этим словом называют гармоники, которых не было в полезном сигнале. Они появляются при прохождении сигнала по аналоговому тракту устройства. Как мы видели в начале статьи, тембр звука - одна из важнейших его составляющих, а эти пакостные примеси искажают его насколько хватает совести.

Гармонические искажения наиболее слышны в диапазоне от 1 до 2 кГц. Величина, характеризующая эти искажения, называется коэффициентом гармонических искажений (Total Harmonic Distortion) и описывает соотношение амплитуд тестовой синусоиды и вновь образовавшихся гармоник. Иногда его называют коэффициентом нелинейных искажений. Частота тестового сигнала - 1 кГц, как раз в районе максимальной слышимости искажений.

К сожалению, этот параметр нельзя считать достаточным для окончательной оценки по нескольким причинам. Во-первых, субъективное восприятие гармонических искажений сильно зависит от их порядка. Наиболее неприятны гармоники нечетных порядков, а искажения четных порядков многим настолько нравятся, что они платят огромные деньги за ламповые усилители класса hi-end.

Во-вторых, эта характеристика ничего не говорит нам о том, как же обстоят дела с образованием гармонических искажений в других частях диапазона, что тоже не есть хорошо. И в-третьих, амплитуда тестового сигнала не нормирована, то есть производитель девайса может подобрать оптимальную, на которой искажения будут наименьшими.

Другой вид нелинейных искажений - интермодуляционные. Они заводятся на высоких частотах и, в результате скрещивания сигналов сложением и вычитанием, пробираются даже в среднюю часть диапазона.

Параметр, описывающий количество этих паразитов, зовется коэффициентом интермодуляционных искажений, или InterModulation Distortion. Как и в случае с коэффициентом гармонических искажений, значение IMD описывает соотношение амплитуд полезного сигнала и интермодуляционных примесей.

Для полноты картины надо упомянуть еще одну характеристику, относительно которой, по-моему, все понятно из названия. Называется она - взаимопроникновение каналов (Stereo Crosstalk), и, как вы понимаете, колонок никак касаться не может, а относится только к звуковым картам, усилителям и девайсам, считывающим сигнал с носителя информации.

Ясно, что речь идет не о проникновении самих каналов друг в друга, а о проникновении сигнала из одного канала в другой. Поскольку сигналы в разных каналах отличаются, ничего хорошего из такого симбиоза не выходит. Параметр описывает соотношение между амплитудами полезного сигнала и незаконно вторгшегося соседнего.

Иногда после параметров, описывающих качество воспроизведения звука девайсом, где-нибудь в скобочках можно найти букву А. Нет, это не означает, что колонки взвешивали на контрольных весах. Это означает, что приведены результаты измерений с учетом А-взвешивания (A-Weighting). А-взвешивание призвано скомпенсировать искажения звука, вызванные девайсом, который всегда при слушателе (это я об ушах).

На некоторых частотах звуки воспринимаются как более громкие, и такая коррекция параметра позволяет сделать поправку на человеческий слух. Таким образом, результаты измерений с A-взвешиванием более приближены к тому, что услышит пользователь аудиодевайса. Приблизительные значения описанных параметров для оценки аппаратуры вы можете видеть в таблице 2.
 
Таблица 2. Приблизительная оценка характеристик колонок
  Плохие  Хорошие  Отличные
Частотный диапазон,
по уровню - 
8 дБ 100 Гц - 16 кГц  50 Гц - 18-20 кГц  20 Гц - 20-22 кГц
Неравномерность АЧХ  ± 8 дБ и больше  ± 4 дБ ± 2 дБ и меньше
Динамический диапазон  менее 70 дБ  80-90 дБ более 90 дБ
Сигнал-шум менее  60 дБ 75-85 дБ более 90 дБ
Коэффициент
нелинейных искажений 
более 10%  2-4% менее 1%

Вспомнить все

Ну что ж, пожалуй, достаточно на сегодня. А то запутаетесь еще совсем. Начнете плохо спать по ночам от такого изобилия странных характеристик. Но, как бы там ни было, теперь, я надеюсь, вы вспомнили все, даже то, чего, в общем-то, никогда и не знали.

И теперь с легкостью сможете интерпретировать как параметры аппаратуры, так и результаты наших зачастую замысловатых тестов.

Ну и, конечно же, после прочтения данного материала смело можете выпячивать свою грудь колесом и, ненароком встретив на улице своего старого бывшего однокласника Иванова, смело рассказывать ему про свои недавно преобретенные колонки, не забыв подробно остановиться на графиках АЧХ и ДцБ. Удачи!


Наверх | К списку статей | На главную страницу


Полное или частичное воспроизведение любых материалов, содержащихся на этом сайте, допускается только с письменного разрешения администрации. Авторские права на опубликованные на сайте материалы принадлежат их владельцам.
Замечания? Предложения? "Мертвые" ссылки? Проблемы с загрузкой страниц? Пишите вебмастеру или в гостевую книгу
Designed by Эfir studio | © 2002-03 Yuri Lysenkov