Влияние обработок динамического диапазона на свойства и восприятие звуковых сигналов

При передаче по каналам связи звуковой сигнал подвергается множеству изменений: его усили­вают или ослабляют (изменяют уровень), регулируют динамиче­ский диапазон, спектр и временную структуру, смешивают с други­ми сигналами, смещают по частоте (транспонируют), превращают из аналоговой формы в дискретную и обратно, уменьшают или увеличивают длительность звучания. Эти изменения производят как с целью решения художественных (творческих) задач, так и для приспособления параметров сигнала к свойствам электрических каналов и трактов [44]. Это связано с тем, что большинство каналов не рассчитаны на переда­чу вещательного сигнала с его естественным динамическим диапа­зоном. Минимальные уровни сигнала должны быть на 10...20 дБ выше уровня помех канала, максимальные не долж­ны превышать значения, при которых недопустимо возрастают не­линейные искажения.

Эти причины приводят к необходимости уменьшать динамический диапа­зон сигналов, хотя это ухудшает качество программ.

Уменьшение динамического диапазона ЗВС приводит к возрас­танию его средней мощности. Это увеличивает радиус зоны обслу­живания передатчика.

Автоматические ре­гуляторы уровня разделяются на безынерционные (мгновенного действия) и инерционные (приборы с изменяющимся коэффициен­том передачи).

В зависимости от выполняемых функций АРУР подразделяют на ограничители квазимаксимальных уровней, автостабилизаторы уровня, компрессоры (сжиматели динамического диапазона), экспандеры (расширители) динамическо­го диапазона, компандерные шумоподавители, пороговые шумоподавители,.

На рис. 6.3 показаны амплитуд­ные характеристики: ограничителя (а), автостабилизатора (б), компрессора (е), экспандера (г), пороговою шумоподавителя (б), авторегулято­ра со сложной регулировкой (е)

Рис. 6.3. Амплитудные характеристики ограничителя (а), автостабилизатора (б), компрессора (е), экспандера (г), пороговою шумоподавителя (б), авторегулято­ра со сложной регулировкой (е)

Ограничитель уровня — это авторегулятор, у которого коэффи­циент передачи изменяется так, что при превышении номинально­го входного уровня уровни сигналов на его выходе оста­ются практически постоянными, (рис. 6.3,а). При входных сигналах, изменяющихся от нуля до номинального значения, ограничитель уровня работает как обычный усилитель.

Автостабилизатор уровня в соответствии со своим названием предназначен для стабилизации уровней вещательных сигналов, что необходимо для выравнивания громкости звучания отдельных фрагментов. Принцип действия автостабилизатора аналогичен принципу действия ограничителя. (рис. 6.3,б).

Компрессор (сжиматель)—это устройство, коэффициент пере­дачи которого возрастает по мере уменьшения уровня входного сигнала и уменьшается по мере возрастания уровня (рис. 6.3,в). Действие компрессора приводит к повыше­нию средней мощности и, следовательно, громкости звучания.

Амплитудная характеристика экспандера (расширителя) обратна характеристике компрессора (рис. 6.3,г) и компенсирует ис­кажения, вносимые в сигнал компрессором.

Система, состоящая из последовательно включенных компрес­сора и экспандера, называется компандером

В каналах связи ис­пользуют пороговые шумоподавители, амплитудная характеристи­ка которых показана на рис. 6.3д.

Авторегуляторы со сложным преобразованием динамического диапазона. Например, авторегулятор уровня, амплитудная характеристика которого приведена на рис. 6.3,е, состоит из ограничителя Огр, автостабилизатора ACT, экспандера ЭК.СП и шумоподавителя ШП.

В процессе своей работы компрессор (сжиматель) вносит в сигнал искажения, ко­торые экспандер (расширитель) должен скомпенсировать. Условие отсутствия искажений в компандерной системе

у_су_р=1. Обычно в звуковом вещании принимают коэффициенты передачи у_с=0,5 и у_Р=2.

Применение компандера позволяет передать сигнал вещания по каналу, динамический диапазон которого мень­ше динамического диапазона самого сигнала. При этом выигрыш в отношении сигнал-шум составляет 10. ..13 дБ.

Недостатком компандера является появление на его выходе эффекта модуляции сигнала шумом. При этом уровень шума на выходе изменяется в такт с сигналом. В частности, при передаче низкочастотных сигналов (например, при игре басовых инструментов) высокочастотный шум начинает изменяться по уровню в такт с этим низкочастотным сигналом и поэтому оказывается заметным при восприятии слушателем.

Другим недостатком компандера является появле­ние нелинейных искажений. Это снижает качество воспринимаемой информации.

Недостатки рассмотренного компандера.могут быть в значительной степени устранены при использовании полосного шумоподавителя типа «Долби-А». Он состоит из четырех компандеров, каждый из которых работает в определенной полосе частот