|
Объективный контроль звучания. Музыкальные стандарты в звуке
Объективный контроль уровня записываемой программы осуществляется звукорежиссером с помощью специальных измерительных приборов, так называемых индикаторов уровня. Индикаторами или указателями такие приборы названы потому, что при измерении уровней быстроменяющихся сигналов не требуется особо высокая точность, как от обычных измерительных приборов, применяемых при измерении стационарных синусоидальных сигналов. Однако показания индикатора не отражают существенных элементов самого качества записываемой музыки, речи и пр. Поэтому одновременно с объективным контролем по индикатору ведут субъективный контроль, прослушивая программу через контрольный акустический агрегат. Естественно возникает вопрос, почему контроль уровня и его регулировку нельзя проводить только на слух? Ведь слуховой аппарат является очень чувствительным "прибором" с широким диапазоном восприятия изменения силы звука. Кроме того, ухо является как бы последним звеном (прибором), оценивающим качество записи. Однако только один слуховой контроль записываемой программы еще недостаточен по следующим причинам. Во-первых, ни прослушивании звуковой программы нельзя измерить абсолютную силу звука, так как слуховой аппарат оценивает ее главным образом путем сравнения. Во-вторых, на слух нельзя объективно оценить громкость звучания программ, записанных в разное время, а также оценить степень сжатия динамического диапазона. Наконец, в-третьих, впечатление громкости у разных людей различно. Следовательно, слуховой аппарат - "прибор" субъективный. В следствие указанных причин индикатор является совершенно необходимым прибором для объективной оценки уровней записываемой программы. В процессе записи индикатор позволяет: во-первых, измерить уровни записи, определяющие в известной мере громкость записи, a также измерить минимальные уровни, которые необходимо повышать для получения достаточно высокого уровня громкости записи и наилучшего отношения сигнала к шуму. К этому следует добавить, что индикатор позволяет с известной точностью проводить контрольные измерения на синусоидальном напряжении при проверке и настройке тракта звукозаписи и его отдельных звеньев. При записи речи и музыки амплитуда записываемого сигнала изменяется в широких пределах. Так, например, напряжение на выходе микрофона во время музыкальной передачи может меняться в 104 раз, причем изменения уровня сигнала могут быть как плавными, так и скачкообразными, часто в форме коротких импульсов. Таким образом, приборы для контроля уровня записи должны регистровать любые сигналы, как длительные, так и короткие. К тому же их показания не должны зависеть от полярности отдельных импульсов напряжения. Поэтому к индикатору уровня предъявляются определенные требования. Одним из наиболее важных требований является его быстродействие. С этой точки зрения наилучшим мог бы считаться безынерщионный прибор (например, электронный осциллограф). Однако при быстрых а непрерывных изменениях уровня отсчет показаний практически был бы невозможен. Благодаря особому свойству слуха ощущение громкости кратковременного звукового импульса зависит не только от его уровня, но и от продолжительности воздействия импульса на ухо. Так, кратковременный звук, длящийся всего 10-12 мс, воспринимается ухом тише, чем звук такой же по уровню, и воздействующий на слух в течение, например, 150-200 мс. Поэтому при прослушивании передачи громкость является результатом усреднения энергии звуковой волны в течение некоторого интервала времени. Кроме того, слух человека обладает некоторой инерцией и, в частности, при восприятии нелинейных искажений он не ощущает таковых, если продолжительность звукового импульса меньше 10-20 мс. В соответствии с этим к индикатору предъявляются два противоречивых требования. Во-первых, чтобы не допустить заметных на слух нелинейных искажений, вызванных перемодуляцией, необходимо отмечать довольно короткие сигналы. Во-вторых, в то же время для фиксации результатов измерений прибор должен быть достаточно инерционным. Чтобы выполнить эти требования, в индикаторах осуществляется усреднение мгновенных значений сигнала за промежуток времени, выбираемый в соответствии с временными характеристиками органов слуха. Введение усреднения в схемы индикаторов существенно упрощает контроль за уровнем, но показания приборов в этом случае уже не соответствуют действительным изменениям уровня и в большей степени определяются не формой волны сигнала во времени, а величиной введенного усреднения. Напряжение записываемого сигнала выпрямляют двухполупериодным выпрямителем и усредняют (интегрируют) за больший или меньший промежуток времени. Так, кривые являются огибающими мгновенных значений напряжения выпрямленного сигнала, с меньшими или большими подробностями, отображающими изменение уровня записываемого сигнала. Время, за которое усредняется измеряемое напряжение, называется временем интеграции. Оно является основной характеристикой индикатора уровня и существенно влияет на точность его показаний. Кроме этого параметра индикатора уровня различаются между собой другими временными характеристиками: временем срабатывания и временем возврата стрелки. Под временем интеграции понимают длительность одиночного сигнала звуковой частоты, при которой стрелка или световой указатель перемещается из начального положения до отметки на шкале прибора - 2 дБ (80% максимального отклонения). Иначе говоря, время интеграции определяет наименьшую длительность сигнала, уровень которого с достаточной точностью можно определить с помощью данного типа индикатора. Временем срабатывания называют время, которое должно пройти после включения напряжения звуковой частоты, поданного на индикатор, для того, чтобы стрелка или световой указатель достигли своего стационарного отклонения 0 дБ (или 100%). Временем возврата считают время, необходимое для уменьшения показания прибора от отметки 0 дБ (или 100%) до деления - 20 дБ (или 10%) после выключения напряжения звуковой частоты. Частотная характеристика индикатора должна быть линейной в диапазоне записываемых частот от 30 до 15000 Гц. Его входное сопротивление должно быть таким, чтобы затухание, вносимое им в канал звукозаписи, не превышало 0,5 дБ (на сопротивлении 600 Ом) Для этого сопротивление индикатора выбирают в 15-20 раз большим сопротивления того участка схемы, к которому он подключается. Обычно входное сопротивление прибора бывает примерно 10 кОм в указанной ранее полосе частот. Чувствительность индикатора по входному напряжению должна быть такой, чтобы можно было измерять не только максимальные уровни записываемого сигнала, но также и малые уровни шумов при контроле и настройке канала звукозаписи. Поэтому часто в индикаторе предусматривается включение аттенюаторов, плавно или скачкообразно, но изменяющих чувствительность прибора. Индикаторы уровня для высококачественной записи должны обеспечивать наблюдение за сигналами в диапазоне 40-50 дБ. "Размещение" такого диапазона на шкале обычного измерительного прибора невозможно без логарифмирования сигнала. Показания прибора с логарифмической шкалой отградуированной в децибелах более точно соответствуют восприятию органами слуха изменения громкости звука Для этой цели в индикаторах используют различные устройства. В настоящее время в практике звукозаписи находят применение индикаторы, отличающиеся различным временем интеграции. Так называемые индикаторы пиковых значении имеют время интеграции 10-20, а индикаторы средних значении 150-200 мс. Индикатор пиковых значений хорошо отмечает амплитудное значение импульсов, но показания прибора очень сильно отличаются от действующего значения сигнала. При использовании такого прибора звукорежиссер хорошо регистрирует пиковые перегрузки тракта записи, но не видит действующего уровня сигнала, который может оказаться весьма низким даже при значительных отклонениях стрелки прибора. Кроме того, у индикаторов с малым временем м интеграции приходится увеличивать время возврата, так как стрелка такого прибора, реагируя на многочисленные короткие импульсы, часто совершает короткие броски вправо по шкале Если стрелка столь же быстро будет совершать обратный скачок после исчезновения импульса, то ее движение будет иметь быстрый "мечущийся" характер и фиксировать глазом крайние отклонения стрелки будет очень трудно и утомительно. Индикатор средних значений дает довольно точное представление о среднем уровне, но и отмечает появление кратковременных импульсов случае, если модуляция характеризуется очень быстрыми переходными процессами (например при записи рояля, клавесина, певческого говора и т.п.) Измерение и контроль уровня по индикатору. При записи программ всех видов (речь, музыка, шумы) регулирование уровня проводится так, чтобы наибольшие показания индикатора (любого типа) не превышали 0 дБ (100%). Минимальные же показания индикатора должны составлять (исключая паузы и концы музыкальных фраз) -25 дБ для музыкальных записей, -14 дБ для речевых художественных записей, -10 дБ , для речевых документальных записей и при записи шумов. Уменьшение уровня границы этих значений допускается, если "провалы" звучности продолжаются не более 3 с. Однако в зависимости от временных характеристик индикаторов, показания индикаторов при записи одной и той же программы будут различны. В таблице ниже приведены показания индикаторов уровня с различным временем интеграции в зависимости от рода контролируемой программы Как видно из этой таблицы, уменьшение показания значения уровня сигнала по сравнению с пиковым индикатором тем выше, чем больше время интеграции прибора. Поэтому при использовании индикаторов с временем интеграции более 10-20 мс в их показания вносят соответствующие поправки. Записываемая программа Длительность звучания (с) Показание индикатора с временем интеграции (мс) 10 мс 60 мс 200 мс Частота 400 Гц 0 0 0 Речь (мужской голос) 3 +6,2 +2.9 -1 Речь (женскии голос) 3 +6,25 +0.5 -2.5 Барабан с литаврами 2 +4,5 +0,5 -2 Рояль (отрывок из концерта) 2 +1 -1 -3,25 Баян 2 +1,3 -2,5 -4,5 Пение (баритон) - +2, 43 +1 -0,5 Пение (сопрано) 2 +1,25 -0,37 -1, 2 Хор 2 0 -3 -4,5 Симфонический оркестр (доминируют струнно-смычковые) 2 -0,63 -3,25 -5,8 Симфонический оркестр (доминируют медные духовые) 5 +3,75 -0,37 -5, 8 Марш (духовой оркестр) 3 +4,25 +1 -2, 8 Аплодисменты 3 -5 -8, 7 -9 В зависимости от количества и величины коротких импульсов в записываемой программе, поправки, которые приходится делать, могут колебаться от 3 до 6 дБ. При передаче музыкальных программ следует считать, что, как правило, существующие, но не всегда видимые максимальные пики превышают показания прибора всего на 3 дБ. С учетом сказанного желательно для индикатора с временем интеграции 60 мс провести соответствующую калибровку. Например, если максимальный выходной уровень должен быть равен 3,1 В, то ручку регулятора чувствительности прибора следует установить так, чтобы отметка на шкале 0 дБ (100%) соответствовала напряжению 2,2 В, т е на 3 дБ меньше, чем 3,1 В (речь идет о синусоидальном сигнале частоты 400 Гц) При такой калибровке уровень музыкальных передач, видимый по прибору, не должен превышать 100% (О дБ), а при речевой программе 70% (3 дБ). И в том и в другом случае уровень пиковых сигналов будет соответствовать 3,1 В. Так как во время записи невозможно без значительного снижения среднего уровня записи удержать максимальный уровень таким, чтобы стрелка индикатора не переходила на деление 0 дБ, то допускаются отдельные выбросы стрелки до +3 дБ, но не более 2-3 раза в минуту. Как указывалось, окончательную оценку качества звучания записи можно дать лишь на основании ее прослушивания Качество записи контролируется двояко. Во-первых, анализируется звуковое действие, непосредственно выполняемое перед микрофонам. Во-вторых, определяется, насколько верно воспроизводится с фонограммы после записи. В этом случае оценка качества записи в большой мере зависит от устройств и условий контрольного прослушивания. Для слухового контроля применяют специальный контрольный громкоговоритель (агрегат). В состав такого агрегата кроме громкоговорителей входят мощный усилитель низкой частоты с регулятором громкости, блок питания и разделительные фильтры. Значение контрольного агрегата в процессе звукозаписи чрезвычайно велико. Его электроакустические характеристики в основном определяются параметрами громкоговорителей, но важную роль играют и характеристики усилителя. На качество воспроизведения звука влияют также конструкция, материал, объем акустического ящика, размеры отражательного эк-рана, внутренняя обработка ящика и многое другое. В популярной научно-технической литературе можно найти подробное описание различных по конструкции акустических устройств и схемных решений высококачественных усилителей низкой частоты. Поэтому остановимся лишь на тех особенностях звуковоспроизводящей аппаратуры, которые присущи именно контрольным устройствам. Контрольный акустический агрегат для высококачественной записи должен передавать диапазон частот от 30-40 Гц до 15-16 кГц с неравномерностью, не превышающей 2-3 ДБ. Воспроизведение такого диапазона частот связано со значительными трудностями и нередко вызывает необходимость разделения его на части (полосы) с тем, чтобы в каждой полосе работал отдельный громкоговоритель или группа громкоговорителей. Необходимость применения в контрольных устройствах двухполосных или даже трехполосных систем воспроизведения звука связана также с так называемыми интермодуляционными искажениями, возникающими в однополосных системах. Особенно сильно такие искажения проявляются в широкополосных диффузорных громкоговорителях при одновременной передаче сигналов двух и более частот, из которых одна значительно выше другой. Возникающие в этом случае перегрузки громкоговорителя сигналами низшей частоты приводят к искажениям сигналов высших частот. Обычно частотный диапазон делят на две полосы: нижнечастотную и верхнечастотную. В нижнечастотной полосе работают большие и мощные диффузорные громкоговорители, имеющие возможно более низкую частоту основного резонанса (чаще всего берется один такой громкоговоритель, реже два). В верхнечастотной полосе наряду с небольшими диффузорными иногда применяют рупорные громкоговорители. Это обусловливается необходимостью получения достаточно широкой характеристики направленности. В трехполосных системах в среднечастотной полосе применяют от одного до трех диффузорных громкоговорителей среднего размера с более высокой частотой основного резонанса, чем у нижнеечастотного громкоговорителя. В двухполосных системах частоту разделения fp выбирают в пределах 600-800 Гц. В трехполосных системах вторая частота разделения обычно лежит в пределах 4-5 кГц. Выбирать частоту разделения в области от 1 до 4 кГц не рекомендуется, так как это область наибольшей чувствительности слуха, а на частоте разделения, как это видно из рисунка, всегда возможно некоторое затухание (от 3 дБ и более), которое может оказаться заметным на слух. К качественным показателям усилителя, считая, что его выходная мощность соответствует применяемым громкоговорителям, относятся амплитудно-частотная характеристика, коэффициент нелинейных и комбинационных искажений, а также уровень фона и шумов. Мощность усилителя должна обеспечивать воспроизведение без перегрузок записи пиковых уровней наиболее громких источников звука, к которым относится, в частности, оркестр. Желательно, чтобы усилитель обладал некоторым запасом мощности, что благоприятствует повышению качества звучания контрольного агрегата. По этой причине мощность усилителя обычно выбирается и пределах 40-50 Вт. Частотная характеристика усилителя, определяющая полосу усиливаемых им частот, естественно, не должна быть уже диапазона частот, воспроизводимых акустической системой контрольного агрегата. Неравномерность частотной характеристики усилителя не должна быть более 2 дБ в рабочей полосе частот. Нелинейные искажения проявляются в дребезжании и хрипе при наибольших, но еще допустимых уровнях звучания. Следует напомнить, что эти искажения могут создаваться как в выходном каскаде усилителя, так и в громкоговорителях, причем искажения обычно увеличиваются с возрастанием громкости. Коэффициент нелинейных искажений должен быть не более 0,3%. Уровень фона и шумов относительно уровня номинального сигнала в усилителе должен быть в пределах от - 70 до - 80 дБ. Грубой мерой оценки достаточно низкого уровня фона и шумов можно считать такое рабочее состояние контрольного агрегата, когда фон и шум при среднем положении регулятора громкости не прослушиваются на расстоянии 1-2 м от громкоговорителей агрегата. Следует напомнить, что в усилителе контрольного агрегата регулятор тембра обычно отсутствует. Частотная характеристика усилителя и частотная характеристика акустической системы должны быть достаточно прямолинейны во всем рабочем диапазоне частот. Если же в качестве контрольного агрегата используют звуковоспроизводящую установку с регуляторами тембра, то ручки регуляторов высших и низших частот должны быть зафиксированы в таком положении, при котором обеспечивается наибольшая равномерность суммарной частотной характеристики. Если этого не сделать, то впечатление от соотношения различных частотных компонентов в прослушиваемой программе может существенно отличаться от истинного. Усилитель надо устанавливать в изолированном от общего объема контрольного агрегата отсеке так, чтобы исключить воздействие на него высоких акустических уровней (в ламповых усилителях такое воздействие может при-вести к микрофонному эффекту). Конструкция корпуса контрольного агрегата должна соответствовать требованиям прямолинейной частотной характеристики всего устройства, и сам корпус не должен вносить заметных на слух искажений из-за резонансов отдельных его элементов. По этой причине устройства вроде фазоинвертора, широко используемого в любительских акустических устройствах для повышения отдачи на низших частотах, в профессиональных контрольных агрегатах не применяются. Значительное влияние на излучение высших частот оказывают всякого рода облицовочные и декоративные элементы, такие как шелк, решетки, жалюзи и т. д. Так, например, слишком плотный шелк и густая решетка (сетка) могут внести затухание и ослабить излучение высших частот. Кроме того, решетки и жалюзи могут иногда вызывать резонансные явления, и тогда на частотной характеристике появляются дополнительные пики и провалы. Поэтому наружное оформление следует применять весьма осторожно и не вводить в него из- лишних усложнений. На субъективную оценку качества записи существенное влияние оказывают акустические особенности помещения прослушивания, такие как форма помещения, объем и степень его заглушенности, т. е. время собственной реверберации помещения. Последнее зависит как от общей площади ограждаю поверхностей, так и от их звукопоглощающей способности, а также от аппаратуры, мебели и прочих предметов, находящихся в помещении. Как уже указывалось, шторы, ковры, мягкая мебель и т. п. обладают высокой звукопоглощающей способностью, тогда как окна, гладкие стены, пол и аппаратура записи (магнитофоны, микшерский пульт и прочее оборудование) в значительной мере звук отражают. Любое помещение представляет собой достаточно сложную акустическую систему, обладающую целым рядом собственных резонансных частот. Чем больше помещение, тем оно лучше для контрольного прослушивания, так как резонансные частоты с увеличением размеров понижаются и оказываются за пределами слышимости. Кроме того, в больших помещениях плотность спектра собственных колебаний (начиная примерно с частоты 150-200 Гц) настолько велика, что явление резонанса становится малозаметным. Поэтому для аппаратной выбирают помещение площадью не менее 20-25 м2. Наряду с собственными колебаниями в помещении могут образовываться так называемые стоячие волны, являющиеся результатом сложения прямых звуковых волн от источника звука (контрольного агрегата) с волнами, отраженными от стен или других поверхностей. Стоячие волны в помещении сильно нарушают равномерность звукового поля, так как появляются места с максимальным и минимальным звуковым давлением (узлы и пучности), а это не может не влиять на условия контрольного прослушивания. Лучшим средством, улучшающим прослушивание, служит наличие в помещении поглотителей, уменьшающих отражение звука. Время реверберации в помещении прослушивания обычно выбирают в пределах 0,4-0,6 с. |