вопросы по акустике

1.  Дайте общее определение звуковых каналов передачи и приведите примеры их различий по конкретному назначению.

Канал звукопередачи (звуковой канал / тракт) – совокупность технических средств, в помощью которых осуществляется передача на расстояние, а затем и воспроизведение звукового сигнала.

Каналы звукопередачи делятся по назначению: (тут все дружно смотрим в тетради – там есть схемы всех трех с описанием, что и куда)

1. Канал звукоусиления (например, концерты). Тупо усиливаем микрофонный сигнал

2. Эфирное вещание (тв и радио). Как составная часть тракта входит эфирный участок, то есть передатчик с передающей антенной, пространство, в котором распространяются радиоволны, и радиоприемник (или телевизор) с приемной антенной и громкоговорителем.

3. Тракт записи (CD). Запись звука на носитель. По сути этот тракт заканчивается только у потребителя.

2.  Назовите основные электроакустические преобразователи, обязательно входящие в состав каналов звукопередачи.

Любой канал звукопередачи начинается и заканчивается электроакустическим преобразователем:

·  Микрофон – устройство для приема акустических колебаний и перевода их в электрический сигнал.

·  Громкоговоритель – преобразовывает электрический сигнал в акустический.

7. Перечислите основные технические характеристики (параметры) канала передачи и объясните, как они влияют на точность передачи.

1.  Важнейшая характеристика – уровень передачи/сигнала. От нее в итоге зависит громкость звучания у слушателя.

2.  АЧХ. При звукопередаче первичные соотношения между частотными компонентами звука должны быть сохранены. Поэтому качество любого участка звукового сигнала оценивается его АЧХ – график зависимости коэффициента передачи от частоты сигналов, подаваемых на вход данного участка. Коэффициент передачи – отношение величин сигналов на выходе усилителя и его входе. Влияет на частотные характеристики сигнала – тембр и прочее.

Подъемы и завалы в области высших и низших частот и есть частотные искажения. Завалы ВЧ (от 3-4 кГц и выше) придают звучанию тусклость, ухудшают разборчивость речи. Излишнее усиление (подъем) ВЧ приводит к подчеркиванию шипящих и свистящих и неестественно резкому звучанию музыки, что бесит.

Завал НЧ (100-200Гц и ниже) лишает звучание полноты, нарушает окраску тембра, сильное усиление – бубнение.

3.  КНИ (коэффициент нелинейных искажений). Нелинейные искажения при малой величине изменяют тембр, затрудняют раздельное восприятие звуков инструментов и голосов. При более сильных нелинейных искажениях появляются хрипы и дребезжание.

4.  Отношение сигнал/шум.

5.  Динамический диапазон. Попытка запихнуть в радио или телек симфонический оркестр с д. д.120Дб оборачивается необходимостью сжимать это всё до 40-50Дб…сделать надо так, чтобы никто не понял, что сидит дома, а не в концертном зале.

8. Помехи, их виды : фон, шум, импульсные помехи. Причины их возникновения, восприятие на слух, единицы оценки и меры устранения.

Отношение сигнал/помеха (сигнал/шум) – показывает, насколько номинальный (т. е. расчетный, нормальный для данного усилителя) уровень выходного полезного сигнала превышает уровень напряжения помехи на выходе испытуемого устройства. Выражается в Дб. Определяется соотношением D = 20* lg Uc/Uпом

Помехи по характеру и происхождению делятся на:

·  Фон.
Воспринимается, как гудение. В России фон возникает при 50 Hz. Фон чаще всего возникает в блоке питания. Плохая фильтрация, пееменность составляющей, сети питания — Причины возникновения фона. С фоном лучше бороться до того, как он возник. Проблемы с ним решаются хорошим блоком питания и заземлением. Всё оборудование должно быть заземлено. Это убережёт оборудование и людей от выхода из строя. Бывает земляная петля. Из-за неё гул идёт. Гальваническая развязка — способ бороться с земляной петлёй. 

·  Импульсные помехи. 
Восприятие на слух: треск, щелчки. Причины возникновения: 1) 
Скопление статического электричества на носителе записи (Грампластинка). 2) Повреждение носителя записи (Аналоговая оптическая фонограмма на киноплёнке). 3) Неправильные порядок включения/выключения оборудования. Помыть пластинку можно тёплой водой с щадящим тёплым средством. При оцифровке пластинки, её восстанавливают полностью и увлажняю место, где проигрывается пластинка. Оборудование всегда включается от источника к усилителю. Сначала включается пульт, а потом усилитель. Тогда щелчков не будет. Сетевой секвенсор — программируемая линия задержки. Можно нажать на кнопку и студия будет включена по порядку. 

·  Шумы в тракте звукопередачи. 
В основном воспринимается в паузах между полезными сигналами. Обычно воспринимаются, как однообразное шипение. Хуже, когда шум имеет явную тональную окраску. Такой шум более раздражителен для слушателя, но благодаря эффекту латерального торможения мы про него забываем. Самый страшный — это музыкальный шум. Шум берётся из схемотехники. Шумят компоненты схем. Очень часто причиной шума является аналоговая магнитная лента. Шумит из-за того, что у неё неоднородный слой. Шуметь может аналоговая оптическая фонограмма на киноплёнке. Очень важно в самом начале звукового тракта получить хорошее усиление. В аналоговом тракте, каждый прибор будет добавлять шум. Бороться с шумами тракта можно: 1) Выбор более качественных и более дорогих компонентов. Для снижения шума применяются компандорные системы шумоподавления. Фонограмму с шумом надо чистить или реставрировать. 

·  Наводки.
Воспринимается как гудения, жужжание, зудение. Так же как внятные переходные помехи. Это воздействие сильного электромагнитного поля на сигнальные цепи. Причиной могут быть: 1) Сигнальные кабели 2) Мощное световое оборудование 3) Любой трансформатор. Электродвигатель — миксер, пылесос, лифт, двигатели поездов, троллейбусов, метро любая ЛЭП, двигатели в цирке и на театральной сцене, мобильные телефоны, радиостанции, микроволновая печь, индукционные плиты, Останкинская телебашня. С наводками надо бороться до того, как они возникли. Важно держать далеко кабели и не пересекать провода. Любой звуковой кабель должен быть экранирован. Если поймали наводку, то можно попробовать подрезать параметрическим эквалайзером. Профессиональный свет обычно даёт наводку на частоте 10-12 килогерц.

9. АЧХ. Частотные искажения, их восприятие на слухи и объективная оценка.

АЧХ – график зависимости коэффициента передачи от частоты звукового сигнала.

Коэффициент передачи – отношение величин сигналов на выходе усилителя и его входе.

Форма АЧХ очень важна, сильно влияет на качество звукопередачи.

Идеальное линейное АЧХ не встречается.

0Дб на графике – подаем на какую-то часть тракта 1 кГц и регистрируем коэффициент передачи.

У микрофона и громкоговорителя должен быть график АЧХ.

·  По графику можно определить диапазон рабочих частот

·  Можно определить подъемы – данные области будут подчеркиваться прибором.

·  Завалы АЧХ – данную частотную область передает прибор хуже.

·  Определить общую неравномерность АЧХ – параметр, которым у других приборов (не микрофон и громкоговоритель) часто заменяют график. Норма +/- 1Дб

Частоты:

§  от 3 до 5 кГц – частоты разборчивости.

Если в их области завал АЧХ – снижается разборчивость. Если частоты излишне подняты – звучание становится резким. «Прёт органика» — все слюни, зубы, язык — все это лезет на микрофон

§  5 – 7 кГц – свистящие согласные. Вообще это индивидуально. Если слишком большой завал – человек шепелявит. Если слишком подняты – вылезают свистящие

§  Частоты выше 12Кгц – частоты прозрачности. Если завал – получаем глухое звучание. Если подъем – звучание будет иметь резкий металлический призвук

§  Частоты ниже 250 Гц – объем звучания. Подъем – бубнящий звук. Завал – звучание пустое, прибедненное, будто нет опоры.

Когда сигнал передается по слишком длинному кабелю – теряются вешние частоты. Для этого используются специальные фильтры, которые поднимают те частоты, которые упали

10. нелинейные искажения, возможные причины возникновения, восприятие на слух и объективная оценка.

Нелинейные искажения – изменения формы колебаний, проходящих через электрическую цепь, вызнанные нарушениями пропорциональности между мгновенными значениями напряжения на выходе этой цепи и на ее входе. Это происходит, когда характеристика выходного напряжения нелинейно зависит от входного (коэффициент передачи меняет свою величину в зависимости от уровня сигнала, подаваемого на вход устройства)

Нелинейные искажения при малой величине изменяют тембр, затрудняют раздельное восприятие звуков инструментов и голосов при более сильных искажениях появляются хрипы и дребезжание.

Коэффициент нелинейных искажений (КНИ) выраженное в процентах отношение суммарного напряжения всех высших гармоник на выходе цепи к напряжению основного колебания (отношение бесполезного к полезному)

Причина возникновения нелинейных искажений – нарушение пропорциональности коэффициента передачи. Возникают обычно в усилительных каскадах приборов, как на входе, так и на выходе (трансформатор, транзистор, аналоговая магнитная лента)

2я проблема, что намного хуже – если подать одну частоту, то возникают высшие гармоники – сильно ухудшается качество звука, уничтожается прозрачность и разборчивость. От каждой частоты в сигнале строятся гармоники – и пипец. + появляются комбинационные частоты. Соответственно, расширяется спектр, повышается мощность сигнала.

Для измерения КНИ используется схема.

(ГЗЧ перед испытуемым прибором, подаем одну частоту, измеряем напряжение на выходе. Потом фильтром убираем частоту, которую подает ГЗЧ и снова считаем напряжение – регистрируем напряжение, создаваемое гармониками, появившимися из-за нелинейности усилителя.) К = Uг/Uвых100%

Для аналогового тракта КНИ не должен превышать 2-3%

Для цифры – 0,01% (0,001% уже)

Как бороться:

v  До того, как возникли искажения

§  Неисправность прибора – ремонт

§  Кривые руки звукорежиссера или превышение номинального уровня звукопередачи – поддержание номинального уровня звукопередачи

§  Аналоговая магнитная лента – качественная техника и прямые руки

v  Запас по уровню

v  Тестовые сигналы

11. изложите общий принцип, заложенный в основу радио — и телевизионной передачи.

Как составная часть тракта входит эфирный участок, то есть передатчик с передающей антенной, пространство, в котором распространяются радиоволны, и радиоприемник (или телевизор) с приемной антенной и громкоговорителем.

14. в чем состоит принципиальное отличие цифровой передачи от аналоговой и какие преимущества имеет цифровой метод передачи звука?

Копия всегда идентична оригиналу

Легкий монтаж и сведение

Хорошее качество и простота

15. опишите последовательность преобразования в АЦП аналогового сигнала в цифровую форму

Цель АЦП – замена непрерывного и плавного хода кривой, представляющей собой изменение уровней давления акустической волны либо напряжени на выходе усилителя звука, на последовательность импульсов разной величины, следующих друг за другом с постоянной тактовой частотой. Велинина каждого из импульсов передается в виде двоичного кода, состоящих из комбинаций 0 (нет) и 1 (да)

Основной метод АЦП – ИКМ (импульсно-кодовая модуляция), состоит из 3х операций : дискретизации, квантования и кодирования.

16. понятие о дискретизации сигнала и как выбирается частота дискретизации по теореме Котельникова.

Дискретизация – разделение непрерывного звукового сигнала на равные отрезки.

1929г. Теорема Котельникова: любой процесс, ограниченный по полосе частот и амплитуде, может быть представлен дискретным набором сигналов определенной формы; для неискаженной передачи непрерывного сигнала, занимающего определенную полосу частот, необходимо выбрать частоту дискретизации, т. е.частоту представления сигнала в виде его отдельных отсчетов (дискретных значений) таким образом, чтобы частота дискретизации была бы не менее, чем в 2 раза выше наивысшей частоты передаваемого сигнала.

Дискретизация связана с ограничением сигнала по частотному диапазону.

F от 32кГц (для сигнала 15кГц)

44,1кГц – для cd аудио

48 кГц – для кино-, теле-, видео производства.

Повышение частоты дискретизации *2, *4…. Только кратные значения!

Aliasing-эффект – наложение высокочастотной части спектра сигнала на смежную с ним частотную область сигнала звуковой частоты.

Бороться можно:

·  ФНЧ на входе – частота среза = ½ f. отсекаем частоты, которые не можем оцифровать

·  Передискретизация (oversampling) – уже в цифровом виде убираем ненужные частоты.