Методы и средства мультимедиа Звук (стр. 2 из 9)
2.1. Линейные искажения
Линейное искажение — искажения, которые проявляются в неодинаковом усилении передачи или воспроизведении различных гармоник, составляющих звуковой сигнал, независимо от их уровня
В случае спектра происходит изменение коэффициентов ряда Фурье. Изменяется только амплитуда набора гармоник.
При измерении искажений используется логарифмическая формула:
2.2. Искажения в многоканальных системах
Искажения в этих системах чаще всего симметричны. Выделяют 3 вида разбалансировки системы.
Разбалансировка громкости — явление, при котором, какой-то канал многоканальной системы передает звук громче.
Фазовая разбалансировка — явление, при котором, различные каналы многоканальной системы передают сигнал с разной скоростью.
Переходные помехи — явление, при котором, сигнал из одного канала многоканальной системы проникает в другой канал.
3. Нелинейные искажения. Помехи и шумы
Нелинейное искажение — заключается в изменении набора гармоник, обычно выше определенной частоты.
Особенность: степень проявления зависит от амплитуды входного сигнала. Коэффициент гармоник
%• x0 — амплитуда выходного сигнала;
• x1...xn — амплитуды наведенных гармоник.
3.1. Примеры нелинейных искажений
3.1.1. Перегрузка
Это искажение часто используется для «обогащения» звука, например для
электрогитар.
3.1.2. Интермодуляционные
Более мощный низкочастотный сигнал вызывает амплитудную модуляцию у более слабого высокочастотного сигнала
3.1.3. Биение
Появление разностной частоты при воздействии на нелинейную систему двух сигналов с близкими частотами.
3.2. Помехи
Помехи порождают в выходном сигнале гармоники которые не зависят от входного сигнала.
Уровень шумов и наводок можно оценить с помощью формулы:
4. Цифровой способ представления звука
4.1. Аналогово-цифровое преобразование
4.1.1. Фильтрация
Фильтрация — отсечение всех сигналов, частоты которых выше частоты, которая требуется для преобразования.
Граница на которой фильтр срезает частоту чаще всего имеет ширину 2кГц.
Оверсэмплинг — фильтрация на высокой частоте.
.x(t) .x(t)
.−X ⇒ .−X
4.1.2. Дискретизация
Дискретизация — процесс взятия отсчетов непрерывного во времени сигнала в равно отстоящие друг от друга временных точках. Интервал дискретизации — интервал времени через который производится взятие от-
счетов.
Теоремма 2 (Котельникова-Найквиста-Шенона). Сигнал, спектр частот, которого занимет область частот до Fmax Может быть полностью представлен дискретными отсчетами с интервалами не привышаюзими
• Частота 44.1 кГц — стандарт для Audio CD;
• Частота 48.0 кГц — профессиональный стандарт.
4.1.3. Квантование
Квантование — процесс измерения мгновенных уровней сигнала полученных в результате дискретизации с точностью, ограниченной количеством разрядов, используемых для записей значений.
Есть 3 стандарта хранения отсчетов:
• 1 бит — 256 уровней сигналов;
• 16 бит — 65536 уровней сигналов;
• 32 бит — 4294967296 уровней сигналов;
C явлением квантование связано понятие шум квантования. Он рассчитывается по формуле
P = −(6N + 1.8),где N — количество разрядов;
5. Динамическая обработка звука
Динамическая обработка служит для изменения динамического диапазона сигнала.
Динамический диапазон сигнала — разница между самым громким и самым тихим звуком.
Чем шире диапазон, тем больше разница между самым тихим и самым громким звуком и наоборот. Динамические процессоры в основном подключаются «в разрыв».
Основные виды динамических обработок это:
5.1. Компрессор и лимитер
Задача компрессора состоит в том, что бы сжимать динамический диапазон обрабатываемого сигнала. Компрессор понижает уровень громких звуков и повышает уровень тихих.
Лимитер тоже сжимает динамический диапазон, но в отличие от компрессора делает это жестко — не позволяет сигналу превышать определенный уровень.
Основные параметры:
• Порог[1] — уровень сигнала, при котором срабатывает обработка.
• Отношение[2] — определяет величину уменьшения сигнала при превышения порога.
Например, 2 : 1 означает, что при превышении порога сигнал должен быть уменьшен вдвое. У лимитера этот параметр не регулируется (бескончность). Компрессор с отношением n : 1, n > 10 работает как лимитер.
• Атака[3] — скорость срабатывания компрессора.
• Затухание[4] — скорость восстановления компрессора.
• Усиление[5] — уровень общего усиления сигнала на выходе. Задается в децибелах, отражающих увеличение или ослабление сигнала, который не превышает порог срабатывания.
• Жесткое или мягкое колено[6] — определяет жесткость срабатывания (отношение достигает своего значения сразу или плавно).
5.2. Гейт и экспандер
Это обработка, противоположная лимитеру. Если лимитер отсекает самые громкие звуки, то гейт отсекает самые тихие.
Гейт пропускает только те сигналы, уровень которых превосходит заданный порог, остальные отбрасывает. В основном предназначен для борьбы с шумами и паразитными сигналами (звук соседнего барабана).
Основные параметры:
• Порог[7] — уровень сигнала, при котором срабатывает обработка.
• Отношение[8] — определяет насколько должен уменьшаться сигнал, уровень которого ниже порога. Чаще всего полное ослабление.
Например, 40 Дб — это практически полное ослабление.
• Атака[9] — скорость срабатывания компрессора.
• Затухание[10] — скорость восстановления компрессора.
Экспандер прибор очень похожий на гейт. Отличие состоит в том, что гейт понижает сигнал ниже порога на определенную величину, а экспандер понижает сигнал в заданном отношении.
То есть если у него задано отношение 2 : 1, то при недостаче 10 Дб, сигнал будет понижении на 20 Дб, а если сигнал недостает 2 Дб, то сигнал будет понижен на 4 дб. Соответственно у экспандера отношение называется ratio.
Представим сказанное в виде mind map.
6. Частотная коррекция звукового сигнала
Основные виды обработок:
• ФНЧ (LPF)
• ФВЧ (HPF)
• Полосовый фильтр(BPF)
• Режекторный (Notch filter) — полосовый фильтр, работающий в минус
• Графический эквалайзер
• Параметрический эквалайзер
• Параграфический эквалайзер — гибрид параметрического и графического эквалайзера
6.1. Частотные фильтры
6.1.1. Фильтр низких частот
Фильтр низких частот[11] — отфильтровывает все ниже заданной частоты.
fc — частота среза
6.1.2. Фильтр высоких частот
Фильтр низких частот[12] — отфильтровывает все выше заданной частоты. Часто используется для подавления частот, которые не воспринимаются человеком. Эти частоты перегревают устройства.
fc — частота среза
6.1.3. Полосовый фильтр
Частотный фильтр, в случае понижения, не срезает полосу до нуля. Он только уменьшает интенсивность определенных частот.
6.2. Эквалайзер
Эквалайзер — устройство или компьютерная программа, позволяющая выравнивать амплитудно-частотную характеристику звукового сигнала, то есть корректировать его (сигнала) амплитуду избирательно, в зависимости от частоты. Эквалайзер обычно используется для частотной компенсации прибора.