Компьютерный практикум по дисциплине "Аудиотехника"
Принципы работы и редактирования в программе Adobe Audition 3.0, вид пользовательского интерфейса и функциональные возможности. Разработка лабораторного практикума и учебно-практического пособия. Мероприятия по обеспечению безопасности при работе на ПК.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.04.2012 |
| Размер файла | 4,9 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Рисунок 3 - Амплитудные характеристики некоторых АРУР
Пример работы автостабилизатора, наиболее распространенного прибора в вещательных каналах, приведен на рис. 5.4 [1]. Здесь обозначено: а - структурная схема (см. обозначения, принятые на рис. 5.1); б - амплитудные характеристики устройства; в,г - форма сигнала на входе и выходе устройства. Участок автостабилизации позволяет в значительной степени выровнять громкость звучаний, имеющих одинаковый пиковый уровень, но разную громкость (речь- музыка).
Рисунок 4 - Структурная схема автостабилизатора и иллюстрация его работы
Видно, что превышение номинального уровня происходит только на длительности срабатывания прибора в период зарядки интегрирующей цепи ИЦ после превышения напряжения на выходе детектора величины Еоп, определяющей порог ограничения.
В момент изменения коэффициента передачи при срабатывании и восстановлении авторегулятора возникают переходные процессы. Их вид при обработке гармонического сигнала с помощью инерционного ограничителя или компрессора приведен на рисунке 3; вид переходных процессов в экспандере показан на рисунке 4.
Рисунок 5 - Переходные процессы в компрессоре
Качество регулирования во многом определяется временными характеристиками регулятора - временем срабатывания tcp и временем восстановления Хв исходного коэффициента передачи. Время срабатывания выбирается так, чтобы искажения, неизбежные при передаче сигнала с превышением уровня по каналу передачи, не были заметны слушателю.
Время, на длительности которого слушатель уверенно замечает наличие нелинейных искажений сигнала, составляет около 20 мс, поэтому время срабатывания выбирается существенно меньше - обычно до 5 мс. Время восстановления во многом определяется свойствами сигнала, временем реверберации студии, в которой производилась запись, и составляет от 100 мс - для чисто информационного речевого сигнала - до 3...5 с для музыкального сигнала, записанного в концертной студии.
Рисунок 6 - Переходные процессы в экспандере
При настройке приборов принято следующее определение временных характеристик АРУР: время срабатывания tcp - это интервал между моментом, когда от источника начинает подаваться сигнал с уровнем на 6 дБ выше номинального значения, и моментом, когда выходной уровень уменьшится с 6 до 2 дБ по отношению к номинальному значению; время восстановления tB - это интервал между моментом, когда уровень сигнала от источника снижается с 6 дБ до номинального значения, и моментом, когда выходной уровень увеличится от -6 до -2 дБ по отношению к номинальному значению.
В конечном итоге, выбор динамических параметров АРУР определяется его назначением. Так, если ограничители уровня предназначены для защиты от перегрузок трактов звукового вещания (радиопередатчиков, мощных усилителей), то выбирают tcP = 0,5...1 мс, tB = 1,5...2 с; для речевых компрессоров эти параметры составляют соответственно tcP = 1...2 мс и tB = 300 мс, а для музыкальных - tB = 100...2000 мс. У шумоподавителей выбирают tcP = 1...5 мс, tB = 200...300 мс, поскольку если у шумоподавителя выбрать время срабатывания меньше, то реверберационный процесс затухания сигналов будет резко «отрезаться», что неестественно для слуха. В то же время выбирать tcp > 5 мс нельзя, так как при появлении полезного сигнала шумоподавитель будет медленно восстанавливать свой коэффициент передачи, вследствие чего первые слоги речи (или начало музыкальных фраз) будут ослабляться, что приведет к заметным на слух искажениям
2. Влияние работы авторегуляторов на свойства звуковых сигналов
Влияние работы АРУР на свойства звуковых сигналов. Автоматическая обработка звукового вещательного сигнала приводит к изменению всех его параметров.
Влияние АРУР на относительную среднюю мощность.
Относительная средняя мощность (ОСМ) вещательного сигнала представляет собой отношение его мощности к мощности синусоидального сигнала с амплитудой, равной номинальному значению на входе канала. При выравнивании уровней громких и тихих сигналов происходит увеличение ОСМ, а следовательно, увеличивается и громкость сигнала. Помимо этого повышение ОСМ позволяет заметно повысить КПД радиопередающих устройств, увеличить зону уверенного приема. На рисунке 7 приведена зависимость относительного энергетического выигрыша А от времени восстановления компрессора.
Рисунок 7 - Относительный энергетический выигрыш как функция времени восстановления компрессора для разных языков.
Графики на этом рисунке приведены для разных языков: 1 -- немецкого, 2 -- английского, 3-- итальянского, 4 -- русского. Видно, что выигрыш больше для резких, отрывистых языков и меньше для певучих.
Рисунок 8 - Зависимость относительного энергетического выигрыша от величины сжатия сигнала
На рисунке 8 приведены зависимости энергетического выигрыша от величины сжатия сигнала (т.е. разницы динамических диапазонов входного и выходного сигналов d') для русского языка (1) и некоторое усредненное значение (2) -- для остальных девяти европейских языков [2]. В среднем удается повысить относительную среднюю мощность в 1,5...2 раза.
Влияние АРУР на восприятие энергетического спектра.
При прослушивании программ с выхода компрессора создается ощущение изменения частотного баланса по сравнению с исходным сигналом. Объясняют это различной неравномерностью АЧХ слухового анализатора в зависимости от громкости сигнала (вспомним кривые пороговой чувствительности при разной громкости -- разд. 1.3). На рисунке 9 приведены спектрограммы двух сигналов на входе и выходе компрессора. Разница между одновременно звучащими сигналами на входе компрессора и его выходе не изменилась, однако поскольку НЧ канал из зоны пороговой слышимости попадает в зону раиной громкости, то происходит изменение его тембра. При последовательном во времени поступлении сигналов (рисунок 9,в) они будут усилены по-разному, сильные НЧ ослаблены, а слабые ВЧ усилены. Поэтому и общий спектральный баланс сигнала также изменится.
Слабые сигналы, как правило, высокочастотные (согласные звуки в речевом сигнале, звучание треугольника в музыкальном сигнале), увеличение их уровня воспринимается слушателем как подъем АЧХ канала в области высоких частот, а разборчивость сообщения при передаче по зашумленным каналам при этом возрастает. При одинаковом пиковом уровне сигналы звукового вещания могут существенно отличаться по ОСМ, а следовательно, по громкости. Чем более широкополосен сигнал, тем больше его ОСМ. Для выравнивания громкости ка стыке речь музыка используют АРУР с формированием сигнала управления по ОСМ, а не по уровню. Используются и системы с участком автокомпенсации на амплитудной характеристике. На этот участок АРУР переходит по команде с блока анализа спектра примерно за 300 мс, что, к сожалению, превышает время интеграции слуха по громкости (около 160 мс).
Рисунок 9 - Спектрограммы сигналов на входе (а) и выходе (б, в) компрессора
Влияние компрессоров на разборчивость речи.
Пик-фактор (отношение пикового значения к среднему) речевого сигнала -- высок, ОСМ исходного речевого сигнала весьма мала и составляет 0,04...0,08, а именно она определяет мощность боковых полос при AM модуляции и во многом помехозащищенность сигнала. Увеличение ОСМ сигнала, повышает его помехозащищенность, а для речевого сигнала разборчивость. На рисунке 8 приведена зависимость разборчивости речи от отношения сигнал/помеха для обработанного (кривая 1) и необработанного (кривая 2) сигнала [2]. Разборчивость речевого сигнала определяется, во многом, согласными, а они высокочастотны и малоуровневы, именно их уровень существенно возрастает после АРУР. Видно, что разборчивость в шумах возрастает, но при высоких отношениях сигнал-шум разборчивость необработанного сигнала выше. Объясняется это увеличением субъективной реверберации (гулкости) при компрессии сигнала.
Рисунок 10 - Влияние отношения сигнала помеха на разборчивость речи
Интегральное влияние АРУР на звуковые сигналы.
Исследования психологов о влиянии радиовещательного сигнала на состояние слушателя показали, что одним из существенных факторов, определяющих негативное воздействие на слушателя, является уровень сигнала придыхания (СП).
Напомним, что профессиональный диктор должен иметь уровень придыхания на уровне --25... -- 30 дБ, от пиковых значений основного сигнала, что, с учетом маскировки реальным сигналом, обеспечивает его незаметность для слушателя. Вина за высокую заметность СП целиком лежит на эксплуатационном персонале канала передачи ЗВС, которые в погоне за повышением ОСМ сигнала (громкости у слушателя), неумеренно использует автоматическое регулирование сигнала.
На рисунке 11 иллюстрируется характер ЗВС до и после инерционного ограничителя. В результате обработки увеличивается заметность сигнала придыхания диктора, после регулирования оно может достигать --10 дБ, что заставляет слушателей беспокоиться о его здоровье или о состоянии дел в стране.
Рисунок 11 - Иллюстрация влияния инерционного ограничения на качество придыхания (Тр определяет гулкость помещения)
В результате регулирования повышается ОСМ сигнала, повышается уровень слабых, как правило, высокочастотных, звуков. За счет изменения характера спада звука, определяемого реверберационными характеристиками помещения, мениски субъективное восприятие времени реверберации. Звук долгое время находится на одном уровне и воспринимается как более гулкий.
3. Устройства динамической обработки сигналов
В настоящее время существует огромное количество различных приборов для динамической обработки звуковых сигналов - это компрессоры, пороговые ограничители (гейты), экспандеры, левеллеры, лимитеры и т.д. [52]. Устройства динамической обработки сигналов применяются в художественных целях и для получения более качественного звучания, при этом решаются следующие задачи.
Согласование динамических диапазонов сигнала и канала.
Реальные цифровые и аналоговые каналы вещания обеспечивают передачу сигнала с динамическим диапазоном до 60 дБ. Динамический же диапазон реальных сигналов (например, симфонического оркестра) может достигать 100... 120 дБ.
Шумоподавление.
Акустические шумы в паузах, попадающие в микрофоны посторонние сигналы, фон и помехи в трактах первичного распределения - во всех этих случаях возникает необходимость в автоматическом управлении уровнями сигналов с помощью устройств динамической обработки.
Все устройства динамической обработки можно разделить на два больших класса: по характеру взаимосвязи их коэффициента усиления и уровня входного сигнала. Если при увеличении уровня входного сигнала коэффициент передачи устройства уменьшается - то это компрессор и его разновидности (лимитер, левеллер, дакер и ряд других); если же при увеличении входного сигнала коэффициент передачи устройства также увеличивается - то это экспандер или гейт.
Компрессор и его производные.
Рисунок 12 - Структурная схема компрессора.
Компрессор, как и любое устройство динамической обработки, содержит звуковой тракт и цепь управления - side chain (рисунок 12). В состав звукового тракта входят обычно входной и выходной усилители (1 и 3 соответственно) и элемент, изменяющий коэффициент усиления звукового сигнала, - управляемый усилитель VCA (2).
Цепь управления состоит из выпрямителя (4), преобразующего звуковой сигнал в управляющее постоянное напряжение, и цепи управления компрессией (5). В последней и осуществляется установка динамических параметров компрессора, управление степенью компрессии и порогом срабатывания.
Компрессоры могут быть с ручным управлением параметрами компрессии, где все динамические параметры задаются пользователем, и автоматизированные, когда пользователю предлагают на выбор несколько алгоритмов автоматизации для различных вариантов обработки. Как правило, большинство автоматизированных компрессоров не изменяют динамические параметры звука сколько-нибудь существенным образом, а только выравнивают исходное звучание, делают его более плотным и насыщенным.
Среди автоматизированных компрессоров следует выделить большой класс приборов - RMS-компрессор. Этот тип компрессора должен реагировать на эффективное (действующее) значение сигнала, т.е. непосредственно на мощность звукового сигнала, а не на его мгновенные значения, как обычный компрессор. Цепи управления компрессоров этого типа построены таким образом, что длительный сигнал небольшой амплитуды гораздо важнее для управления усилением компрессора, нежели короткий импульс большой амплитуды.
Временные параметры в настоящем R/WS-компрессоре не являются чем-то раз и навсегда заданным, а сложным образом изменяются в зависимости от частоты и уровня входного сигнала, его спектра. Это обеспечивает отсутствие «механистичности» в работе компрессора и очень малую заметность вмешательства компрессора в обрабатываемый сигнал.
Для уменьшения заметности момента включения многие компрессоры имеют так называемый «мягкий порог» (Soft Threshold), обеспечивающий плавное вхождение в режим компрессии. На рисунке 13 изображены проходные характеристики (зависимость уровня выходного сигнала от уровня входного) для двух компрессоров - обычного (ломаная линия 1) и компрессора с «мягким порогом» (кривая 2). Как видно из рисунка, во втором случае удается сделать момент начала компрессии практически неслышным.
Рисунок 13 - Варианты регулирования момента срабатывания компрессора
Общеизвестно свойство компрессии, особенно в случае малых времен срабатывания и восстановления, как бы «съедать» высокие частоты в обрабатываемом сигнале. Для устранения этого явления в некоторых компрессорах применяются различного рода специальные устройства (ВЧ экспандеры), позволяющие в ряде случаев нейтрализовать этот нежелательный эффект. Обычно в таких устройствах сигнал разделяется на две полосы, и, в то время как основной сигнал компрессируется, его высокочастотная составляющая передается на выход либо неизменной, либо, наоборот, усиленной пропорционально ослаблению уровня основного сигнала. В выходном усилителе обе эти составляющие суммируются.
Лимитер (ограничитель). Это один из вариантов компрессора. Лимитирование отличается от компрессирования прежде всего степенью компрессии (ratio). Основное предназначение лимитера - защита последующих узлов тракта от любых, даже самых малых, перегрузок, поскольку независимо от приращения входного сигнала уровень сигнала на его выходе увеличиваться не будет.
Широко применяемые компрессоры, имеющие ту или иную автоматизацию динамики своей работы, практически непригодны для использования в качестве лимитера - их динамика оптимизирована под конкретный вид сигнала, под его компрессию. Лимитер, помимо большей степени компрессии, имеет и принципиально иные динамические характеристики. Он должен очень быстро (в идеале - мгновенно!) скомпенсировать сигнал перегрузки и столь же быстро вернуться к исходному состоянию. В хорошем лимитере можно установить время срабатывания вплоть до 5 мс, чего в компрессорах просто не бывает. Время восстановления в реальном защитном лимитере также весьма мало: несколько десятков миллисекунд. Очевидно, что компрессия с такими параметрами способна, и очень значительно, изуродовать сигнал.
Левеллер. Это - разновидность RMS-компрессора. Основное его отличие от обычного RMS-компрессора - гораздо большие постоянные времени детектора, достигающие в некоторых моделях 10 с. Кроме того, они имеют несколько другую проходную характеристику (рисунок 14).
Рисунок 14 - Характеристики ревеллера
На этом рисунке изображено семейство проходных характеристик левеллера при различных значениях степени компрессии. Независимо от этой величины, сигнал с входным уровнем 0 дБ имеет такой же уровень на выходе, а сигналы с иными уровнями как бы подтягиваются к нему: более сильные ослабляются, более слабые - усиливаются. Причем, чем большее значение степени компрессии установлено, тем сильнее сигналы «прижимаются» к уровню 0 дБ (уровень 0 дБ здесь приведен только для примера). В реальных устройствах имеется регулятор уровня, к которому должны «подтягиваться» сигналы.
Де-эссер, де-поппер. Это - частотно-зависимые полосовые компрессоры. Де-эссер (как и де-поппер) должен обрабатывать только узкую полосу мешающего сигнала, не затрагивая всего остального. Обычный компрессор в режиме де-эссера, с фильтром-эквалайзером в цепи управления, обрабатывает всю полосу частот входного сигнала. Он просто более «чуток» к выделенной области спектра. Различие де-эссера и де-поппера в том, что первый работает на ВЧ сигналах, а де-поппер - наоборот, работает в НЧ области спектра, убирая бубнение.
Главное отличие этих приборов от остальных устройств динамической обработки заключается в том, что порог срабатывания в них не фиксированный (ручкой управления), а регулируемый, определяемый разностью уровней обрабатываемой части спектра, с одной стороны, и всего остального - с другой. Такое построение обеспечивает нормальное их функционирование, независимое от абсолютных уровней входных сигналов. Де-эссер постоянно анализирует спектр входного сигнала, и, если уровень сигнала в установленной полосе превышает допустимое соотношение его и «всего остального», то он уменьшает уровень сигналов в этой полосе до допустимой (установленной пользователем) величины.
Экспандер и гейт. Экспандер - это компрессор наоборот (от английского to expand - расширять, растягивать). У него, как уже отмечалось, коэффициент передачи пропорционален уровню входного сигнала, т.е. чем громче входной сигнал, тем громче выходной. Существуют две основных разновидности экспандера - экспандер вверх (upward expander) и экспандер вниз (downward expander), которые различаются характером реагирования на входной сигнал: первый обрабатывает только те сигналы, которые лежат выше порога его срабатывания, делая громкие еще более громкими. Тихие же сигналы, лежащие ниже порога срабатывания, такой экспандер не трогает. Этот прибор используется редко, поскольку искажает сигналы в момент срабатывания и закрывания, кроме того, трудно согласовать его временные характеристики с характеристиками разнообразных музыкальных инструментов.
Экспандер вниз, напротив, не трогает сигналы выше порога срабатывания, а только делает тише сигналы, лежащие ниже этого порога. По характеру своего действия на сигнал это устройство схоже с гейтом и, как правило, применяется для аналогичных целей - для подавления слабых, но мешающих сигналов. В этом качестве экспандер вниз входит составной частью практически во все шумопода- вители (денойзеры).
Гейт (от английского gate - клапан, ворота) - один из самых распространенных приборов динамической обработки. Его основное, изначальное назначение - отсечка сигналов малого уровня, для которых он является своеобразным клапаном, не пропуская их на выход. По своей работе гейт аналогичен формирователю огибающей в синтезаторах. Это такой же многоступенчатый формирователь огибающей плюс управляемый усилитель (VCA), только запускается гейт не от нажатия клавиши, а при превышении входным сигналом порога срабатывания threshold.
Большинство гейтов имеют относительно несложный 3-ступенчатый формирователь огибающей, состоящей из трех частей: нарастания (attack), удержания (hold) и плавного затухания (release). Механизм формирования огибающей поясняет рисунок 15, где изображены три сигнала - входной (верхняя сигналограмма), Сформированная генератором гейта огибающая (в середине) и результирующий выходной сигнал - внизу. Естественно, что динамика Обработанного гейтом сигнала будет отличаться от исходной, а именно - сигналы, лежащие ниже порога срабатывания, будут полностью подавлены, а сигналы, превысившие порог атаки, будут обрабатываться в зависимости от соотношения их исходной скорости И времени открывания гейта. Именно это свойство - менять динамику сигналов - и является причиной, по которой гейт получил столь широкое распространение.
Обязательной составной частью гейта являются перестраиваемые обрезные НЧ и ВЧ фильтры, назначение которых, как и в компрессоре, - изменение характеристик канала управления. И так же, как в компрессоре, они не влияют на тембр самого сигнала. В результате настройки этих фильтров в канале управления удается Практически снять зависимость работы гейта от громкости звучания того или иного инструмента, поскольку для управления важна интенсивность определенных составляющих в спектре записываемого музыкального инструмента, например основной тон барабана.
Затухание сигналов большинства инструментов не является ровным и плавным, а имеет волнообразный характер. На слух это малозаметно, однако гейт в этот момент начинает периодически переключаться, что на слух воспринимается очень неприятно.
Справиться с этой проблемой помогает особое устройство - триггер с гистерезисом. В этом случае в гейте имеются два порога орабатывания - один на открывание и один - на закрывание, причем порог на закрывание всегда меньше, чем на открывание.
Рисунок 15 - Иллюстрация работы гейта
Рисунок 16 - Характеристики устройств динамической обработки ЗВС
Для облегчения понимания особенностей функционирования устройств динамической обработки на рисунке 16 на одном графике совмещены проходные динамические характеристики рассмотренных широкополосных приборов.
4. Системы шумоподавления
Системы первичного распределения сигнала ЗВ создавались на базе телефонной сети. В аналоговых системах передачи для обеспечения необходимого частотного диапазона объединялись несколько телефонных каналов, например для передачи сигнала с полосой эффективно передаваемых частот 10 кГц - три. Так как сигнал ЗВ гораздо более мощный, чем телефонный, для сохранения загрузки группового тракта приходилось исключать из эксплуатации 10 телефонных каналов. Соотношение сигнал-шум телефонного канала недостаточно для передачи ЗВС. Этот недостаток свойственен и цифровым системам передачи.
Итак, основным недостатком большинства каналов передачи ЗВС является высокий уровень собственных шумов. Для компенсации влияния шума на качество передачи и используются системы шумоподавления. Так, для улучшения защищенности низкоуровневых ВЧ составляющих звукового сигнала от шумов канала используется фильтр предкоррекции (ПК) на входе канала, а на его выходе - восстанавливающий контур (ВК). Качественно работу такой системы иллюстрируют графики на рисунок 17, где показаны усредненные энергетические спектры звукового сигнала Sc и шумов Gm, а также коэффициенты передачи К ПК и ВК. В результате совместного действия фильтров ПК и ВК влияние шумовых спектральных составляющих канала передачи на выходе канала Gш.вых. уменьшается.
Получили широкое распространение пороговые и компандерные системы шумоподавления. Первые устраняют шумы путем отсечки сигналов малого уровня. При этом они вносят весьма заметные на слух нелинейные искажения. Поэтому такие системы в основном используются при передаче речевого сигнала по зашумлен- ным каналам. Вторые вносят нелинейные искажения в момент срабатывания.
Рисунок 17 - Пояснение действия фильтра предкоррекции и восстанавливающего контура системы шумоподавления
Компандерные системы состоят из компрессора и экспандера. Такие системы сжимают динамический диапазон ЗВС, обеспечивая защищенность слабых сигналов от шумов канала на величину порядка 20 дБ (рисунок 18).
В компандерных системах используются как линейные, так и частотно-зависимые амплитудные характеристики компрессоров и экспандеров (рисунок 19).
Рисунок 18 - Иллюстрация работы компандерной системы
В результате использования компандерных систем повышается отношение сигнал-шум (рисунок 20,а) и уменьшается модуляция сигнала шумом (рисунок 20,6).
Среди недостатков компандерных систем:
-инерционность компрессора и экспандера;
-неидентичность амплитудных и временных характеристик многочисленных компрессоров и экспандеров в системе передачи ЗВС по стране;
-несовместимость с другими системами, необходимость проведения одинаковой обработки сигнала на входе и выходе канала передачи;
-модуляция переменным коэффициентом передачи (определяемым, в основном, мощными НЧ составляющими ЗВС) ВЧ составляющих передаваемого сигнала и шумов;
-снижение заметности шума только в паузе.
Снижение шума на фоне сигнала возможно при компандерной обработке его аналитической огибающей.
Рисунок 19 - Амплитудные характеристики компрессоров и экспандеров компандерных систем
Компенсировать последние два недостатка удалось, используя многополосную компандерную систему, предложенную в 1950-х годах А.А. Друговым, а практически реализованную Р. Долби в многочисленных системах Dolbi. Так, широко используются в профессиональной звукозаписи шумоподавители Dolbi-A, в которых входной сигнал разделяется на 4 узкополосных, каждый из которых компан- дируется отдельно. Упрощенная схема шумоподавителя Dolbi-A приведена на рисунке 21.
Система шумоподавления Dolbi-B имеет ступенчатую частотную характеристику с подъемом верхних частот при низких уровнях входного сигнала (рисунке 22). Dolbi-B обеспечивает шумоподавление до 10 дБ на частотах выше 4 кГц.
программа adobe audition интерфейс
Рисунок 20 - Результаты работы компандерных систем СР
Рисунок 21 - Упрощенная схема шумоподавителя Dolbi-A
Система Dolbi-C использует двухкаскадный компандер, что позволяет получить на частотах выше 1 кГц шумоподавление до 20 дБ (рисунок 23). Основу шумоподавителя образуют два последовательно включенных компандера, которые порознь обрабатывают сигналы высокого и низкого уровней, что позволяет уменьшить выбросы уровня. В сигнальной ветви имеется цепь частотной коррекции с фиксированными параметрами, предназначенная для понижения уровня составляющих выше 10 кГц, например пилот-сигнала 19 кГц стереофонического ОВЧ ЧМ вещания. Все это позволяет улучшить запись верхних частот в канале магнитной записи, например в кассетных магнитофонах, и уменьшить искажения уровня при выпадениях сигнала, повысить качество при его компактном представлении в современных системах записи.
Рисунок 22 - Структурная схема и характеристики системы Dolbi-В
В профессиональных системах звукопередачи применяют также шумоподавитель Dolbi-SR, содержащий три каскада компрессирования, в каждом из которых входной сигнал разделяется на один или два полосовых сигнала. Во всех каскадах сжатие производится на определенных уровнях сигнала (-30, -48, -62 дБ). В первых двух каскадах граничная частота разделения сигнала составляет около 800 Гц, каскад с порогом -62 дБ обрабатывает сигналы на частотах выше 800 Гц. В каждом из 5 каскадов имеются фильтры с фиксированной и переменной частотой среза.
Один из недостатков систем Dolbi состоит в несовместимости с другими системами шумоподавления. Сигнал должен быть одинаково обработан на входе и выходе канала, что не всегда возможно в распределенной системе радиовещания.
Рисунок 23 - Структурная схема и характеристики системы Dolbi-C
Совместимой с любым каналом является система динамического ограничения шума (DNL). В такой системе осуществляется фильтрация ЗВС выше 1...1.5 кГц при уровнях сигнала ниже 40 дБ - в этом случае сигнал не содержит гармоник основного тона, т. е. весь расположен в НЧ области. Достоинство системы - совместимость с любым типом оборудования; недостаток - устранение ВЧ составляющих, замечаемое меломанами.
Измерение выигрыша в соотношении сигнал-шум для систем шумопонижения осуществляется с помощью ССИ. Сравниваются эталонный сигнал и сигнал, переданный по каналу с системой шумопонижения при разной величине подмешиваемого шума. Полученный выигрыш в соотношении сигнал-шум фиксируется при 15% заметности изменения сигнала, оцениваемой экспертами.
Общим недостатком перечисленных систем шумоподавления является невозможность уменьшения уровня шумов на фоне сигнала.
Рассмотренные выше системы позволяют обеспечить сохранение динамического диапазона сигнала по субъективному восприятию, а вот всегда ли надо его сохранять - это большой вопрос!
В 1985 г. Институтом вещательной техники ФРГ (IRT) была предложена концепция системы для регулирования динамического диапазона ЗВС непосредственно в процессе радиовещания (или звукового сопровождения телевидения). В этом предложении ставится под сомнение необходимость использования экспандеров для слушателей, находящихся в автотранспорте или использующих переносные приемники. В предлагаемой системе используется дополнительный сигнал управления, который позволяет осуществлять управляемое экспандирование сигнала вещания в зависимости от условий прослушивания.
Программы ЗВ слушают в разной обстановке: в тишине и шумном помещении, с помощью акустических систем и головных телефонов. Чтобы избежать маскирования слабых сигналов ЗВ акустическими шумами, динамический диапазон сигналов ЗВ регулируют вручную или автоматически. При этом учитывается максимальный уровень звукового давления, который по своему желанию устанавливает слушатель. Из ряда исследований известно, что большинство слушателей предпочитают устанавливать уровень музыкальных звучаний в области 78...80 дБ над порогом слышимости. Однако в условиях больших бытовых акустических шумов этот уровень может завышаться, а в вечернее время уровень звучания обычно уменьшают. В обоих случаях возможный динамический диапазон подлежит корректировке. Как установлено, необходимые пределы изменения динамического диапазона составляют от 15 до 55 дБ.
По результатам обследования, большинство слушателей предпочитает динамический диапазон музыкальных программ 25...35 дБ. Это означает, что при таком сжатии динамического диапазона сигнала ЗВ в ТФП дополнительного изменения динамического диапазона в домашних условиях не требуется.
5. Развитие методов обработки
Звуковой вещательный сигнал, проходя звенья тракта распределения, претерпевает изменение своих статистических свойств. Данный факт подтверждается ухудшением качества звучания ЗВС И является вполне логичным явлением. Анализируя характер вносимых искажений, укажем на динамический во времени характер их аозникновения, а также на «адаптивность характера искажений», т.е. на зависимость от вида сигнала и включенных ранее устройств обработки. Учитывая отсутствие средств, непосредственно позволяющих справиться с такой задачей, нельзя не сделать вполне логичный *ывод о необходимости разработки алгоритма обработки ЗВС, осно- Шанном на глубоком анализе вещательного сигнала и предусматривающего множество настроек параметров обработки. При этом настройки должны выбираться в соответствии с местом включения устройства в тракт распределения, а также с учетом особенностей условий прослушивания.
Большинство созданных ранее устройств регулирования либо практически не учитывали структуру ЗВС, либо опирались на усредненные свойства передаваемого сигнала. В то же время, анализируя Современные тенденции развития устройств обработки вещательного сигнала, следует отметить, что разрабатываемые ныне методы регулирования все в большей степени опираются на глубокий анализ свойств сигнала, приближающийся к методам распознавания. Развитие микропроцессорной базы и методов анализа позволило Осуществить обработку вещательного сигнала на длительности Iшуковых объектов (ЗО).
В работах А. Моля [27 и др.] предложена достаточно обоснованная сегментация звукового сообщения на ЗО, каждый из которых * отдельности характеризуется тремя параметрами (координатами):
-громкостью, выражаемой логарифмом интенсивности звуко- 1ых колебаний;
-высотой, выражаемой логарифмом частоты звуковых колебаний;
-длительностью, выражаемой логарифмом продолжительности **уковых колебаний.
В музыкальных формах воспринимается последовательность взаимосвязанных друг с другом ЗО, составляющих элементарные ячейки, музыкальные фразы, движения мелодий и отрывки музыкальных произведений. В речевых сообщениях аналогом является последовательность слов, фраза, короткое предложение, полустишие или стих. Система вещания, по определению, должна обеспечить передачу ЗВС с любыми возможными частотными, уровневыми и временными характеристиками во всем диапазоне их существования в сигнале и при любой вероятности их появления.
Известно, что минимальная длительность акустического воздействия (уже воспринимаемого как самостоятельное звуковое событие) имеет длительность порядка 40 мс (например, звук п в человеческой речи). Наиболее же длинные звуковые объекты (например, финальный аккорд органа) могут достигать 7с - длительность таких объектов определяется величиной постоянной времени долговременной слуховой памяти человека.
Процесс регулирования ЗВС в тракте передачи на временном интервале максимально длительного ЗО трудностей не вызывает и выполняется в большинстве существующих АРУР. В то же время достижение минимального времени регулирования, составляющего малую часть длительности самого короткого 30, вызывает серьезные трудности, определяемые способами выделения сигнала управления в канале управления устройства регулирования.
Анализ существующих устройств регулирования, а также современных методов обработки позволяет сделать вывод о том, что в большинстве устройств сигнал управления формируется непосредственно из самого вещательного сигнала.
Простейшим приемом выделения огибающей ЗВС является «выпрямление» сигнала диодным мостом с последующей НЧ фильтрацией. В этом случае ограничение максимально возможной скорости регулирования в значительной степени определяется высокими требованиями к степени фильтрации (полосе ФНЧ) и обусловлено паразитным проникновением НЧ составляющих ЗВС в сигнал управления. Следствием этого является интермодуляция ВЧ составляющих ЗВС его же НЧ компонентами.
Требуемая высокая добротность фильтра (затухание в полосе заграждения порядка 60 дБ) оборачивается значительной постоянной времени переходных процессов. Возникающие характерные искажения огибающей ЗВС показаны ниже (рисунок 24). Такие искажения являются неустранимыми, поскольку обусловлены инерционной природой процесса накопления (интегрирования) напряжения в блоке формирования сигнала управления.
Рисунок 24 - Искажение огибающей выходного сигнала АРУР
Формирование сигнала управления с использованием гильбер- товской огибающей (ГО) ЗВС позволяет сделать процесс регулирования сигнала безынерционным. Дело в том, что, в отличие от авторегуляторов, рассмотренных выше, преобразование ГО не связано с процессами срабатывания и восстановления авторегулятора и в этом смысле безынерционно. В преобразователях, построенных на основе использования ГО, отсутствуют выбросы сигнала при срабатывании (см. рисунок 24) и нет длительных процессов восстановления, что в некоторых инерционных авторегуляторах приводит к неприятному эффекту - «дыханию» шума паузы. По отношению к самому сигналу нелинейное преобразование ГО линейно; оно не сопровождается ни гармоническими, ни интермодуляционными искажениями.
Экспериментальные исследования
1. Цель работы
Лабораторная работа предполагает практическое исследование методов и методик оценки качества передачи сигналов с помощью программы-редактора Adobe Audition 3.0.
В ходе выполнения работы предстоит ознакомиться с вопросами записи и обработки аудиосигналов, изменять звучание отдельных фрагментов по уровню громкости и тональным характеристикам, давать оценку результатам воздействия на качество звучания сигналов различных устройств обработки, используемых в звуковом вещании, проводить статистический и спектральный анализ результатов обработки.
2. Задание для подготовки к работе
Перед выполнением нижеприведенных заданий следует внимательным образом ознакомиться с описаниями, изложенными в разделе с теоретическими сведениями.
В нем подробно описаны все методы и методики, используемые в ходе выполнения работы.
3. Описание рабочего места пользователя ПК
Лабораторная работа выполняется в дисплейном классе КТЭ, в которых находятся МПК, объединенные единой сетью, также могут использоваться компьютеры, находящиеся в других помещениях кафедры.
Вслед за совершенствованием оснащения современных МПК, конфигурации кафедральных МПК могут меняться, поэтому в данных указаниях не приводится перечень и типы комплектующих узлов МПК и периферийных устройств, составляющих место пользователя. Это следует выяснить в начале занятия, обратившись к соответствующей программе МПК или к преподавателю, ведущему занятия.
Для слухового контроля получаемых результатов при выполнении заданий лабораторной работы используются либо наушники, либо акустические системы, расположенные на рабочем месте.
4. Методические рекомендации
Методические рекомендации к выполнению работы
Порядок выполнения работы включает в себя ознакомление с теоретической частью, запись аудиосигнала через микрофон, обработку записанного сигнала различными способами, наложение фоновой музыки и шумов и сведение в единый звуковой файл.
К началу занятий инсталляция используемой версии программы Adobe Audition 3.0 с установкой всех требуемых сопутствующих программ будет осуществлена.
Перед началом выполнения работы следует обязательно ознакомиться с пунктом, в котором объясняются правила составления звукового отчета о проделанной работе, которые следует знать до начала выполнения лабораторной работы.
Следует обратить внимание на то, что некоторые задания носят чисто ознакомительный характер, и естественно, не потребуют создания файлов с преобразованным сигналом.
Методические рекомендации к составлению отчета
Итогом выполнения лабораторной работы должен стать звуковой отчет, предъявляемый к прослушиванию преподавателю.
Для оформления такого отчета должна быть создана отдельная папка под именем выполняемого студента и номером группы. В папке будут сохранены результаты выполнения отдельных заданий и конечный звуковой файл. Длительность файла должна составлять 1-2 минуты.
Отчет должен содержать:
1. исходные звуковые файлы;
2. результаты их обработки;
3. результаты статистического и спектрального анализа различных фрагментов.
5. Порядок выполнения работы
5.1. Анализ результатов работы авторегулятора уровня звукового вещательного сигнала
1. Создание отрезка фонограммы речевого сигнала
Рисунок 25 - Подавление шумов компандером с ГО
Рассмотрим изменения вещательного сигнала при его обработке с помощью АРУР на примере речевого сигнала (PC). Длительность исследуемого отрезка должна быть больше интервала стационарности (для речи это около 120 с). В используемом здесь примере длительность отрезка около 2 мин, что позволяет получить достаточно гладкие оценки спектра и распределения плотности вероятности мгновенных значений; частота дискретизации выбирается равной 32 кГц, разрядность кодирования - 16 разрядов/отсчет.
2. Нормализация сигнала
Для возможности последующего сравнения исходного и обработанного сигналов нормируйте сигнал, например на 90% (опции Transform и далее - в соответствии с рисунком 26).
Поскольку некоторые изменения сигнала удобнее изучать на длительностях, соизмеримых с длительностью звукового объекта, следует заранее приготовить подходящий отрезок (рисунок 27).
Рисунок 26 - Исходный сигнал
Рисунок 27 - Отрезок исходного сигнала, соизмеримый с длительностью звукового объекта
3. Статистический и спектральный анализ сигнала до обработки
Проведите статистический и спектральный анализ сигнала до обработки. При сборе статистики время, на котором оценивается RMS (аналог привычной нам ОСМ), возьмите 200 мс, что приблизительно равно времени интеграции слуха по громкости. В результатах анализа (рисунок 28) наиболее информативны максимальная (-9,3 дБ) и средняя (-15,5 дБ) RMS, которые определяют громкость сигнала.
В разделе «гистограммы» ознакомьтесь с распределением мгновенных значений сигнала (рисунок 29).
При проведении спектрального анализа следует обеспечить хорошую разрешающую способность, определяемую числом точек в выборке (взять не менее 4000), и минимизировать боковые лепестки, выбрав одну из наиболее эффективных оконных функций (нижние в предлагаемом меню). Удобнее пользоваться логарифмической шкалой частот, которая в большей степени соответствует особенностям слухового восприятия. Не имеет смысла выбирать затухание больше 70 дБ, поскольку слуховой анализатор не воспринимает спектральные составляющие, которые меньше максимальных на 50...60 дБ. Результаты анализа приведены на рисунке 30.
Рисунок 28 - Статистический анализ исходного сигнала до обработки
Рисунок 29 - Статистический анализ исходного сигнала до обработки: распределение мгновенных значений
Рисунок 30 - Спектральный анализ исходного сигнала до обработки
4. Формирование программной модели АРУР
Теперь следует сформировать программную модель АРУР. Для этого в опции Transform-Amplitude-Dynamic Range Processing сформируйте желаемую амплитудную характеристику АРУР с временными параметрами, стандартизованными для речевых АРУР: время срабатывания, 1 мс, восстановления - около 200 мс. На рисунке 31 показана самая простая характеристика, которая, тем не менее, используется в речевых студиях для выравнивания громкости сигнала от нескольких дикторов и повышения ОСМ.
Рисунок 31 - Формирование желаемой амплитудной характеристики АРУР
5. Обработка сигнала
Обработайте сигнал с использованием этой характеристики. Результаты обработки приведены на рисунке 32. Там же показана характеристика мгновенного ограничителя, который всегда размещается после АРУР для устранения выбросов в момент срабатывания, хорошо видных на рисунке. Для формирования необходимой амплитудной характеристики ограничителя воспользуйтесь последовательно опциями Transform-Special-Distortion. Уровень входного сигнала должен превышать уровень ограничения.
Рисунок 32 - Результаты обработки после АРУР и амплитудная характеристика ограничителя
Рисунок 33 - Пример сигнала, нормализованного по амплитуде
6. Сравнение исходного и обработанного сигналов
- Спектральный и статистический анализ
Для удобства сравнения свойств сигнала до и после обработки перепишите его в виде двухканального (стерео) сигнала, когда исходный сигнал передается по одному каналу, обработанный по другому. Проведите спектральный анализ этих сигналов (рисунок 34). Можно заметить, что в обработанном сигнале подняты ВЧ составляющие и несколько выше общий уровень сигнала.
Проведя статистический анализ сигналов (рисунок 35), обнаружим, что выросли средний и максимальный уровни RMS. Это свидетельствует о повышении громкости обработанного сигнала при неизменном пиковом электрическом уровне. Обработка подобного рода с повышением относительной средней мощности сигнала на входе ТВРП стала обычной практикой современного радиовещания.
Рисунок 34 - Спектральный анализ сигналов до и после обработки
Рисунок 35 - Статистический анализ сигналов до и после обработки
- Гистограммы сигналов
Гистограммы сигналов (рисунок 36) свидетельствуют о том, что повысилась вероятность появления высоких уровней сигнала, но одновременно обострилась сама функция. Уменьшение основания распределения соответствует сокращению динамического диапазона, а обострение - большим перепадам громкости между отдельными звучаниями и повышению крутизны фронтов (резкости звучания), что негативно воспринимается слушателями.
Рисунок 36 - Гистограммы сигналов до и после обработки
- Временной анализ
Теперь входной и выходной сигналы АРУР сравните на небольшом временном интервале (рисунок 37). Обратите внимание на то, как изменился характер огибающей обработанного сигнала. Вместо плавного спада после достижения максимума, что соответствует обычному времени реверберации студии, долгое пребывание на максимальном уровне и быстрый спад. Такое развитие огибающей воспринимается как увеличение гулкости помещения и приводит к снижению разборчивости. Обратите также внимание на возрастание сигнала придыхания (самое начало записи). Однако, диктор в этом не виноват - это мы его сделали астматиком или заставили пробежаться перед началом передачи.
Рисунок 37 - Сигналограммы входного и обработанного в АРУР сигналов на небольшом временном интервале
7. Контрольное прослушивание
В заключение анализа результатов работы АРУР проведите контрольное прослушивание и убедитесь, что ваши объективные предсказания об изменениях в сигнале совпадают с реальностью.
5.2 Анализ результатов работы системы шумоподавления
1. Создание шумоподобного сигнала
Как следует из материалов раздела 4, системы шумоподавления достаточно многообразны, тем не менее большинство из них может быть смоделировано в среде редактора COOL. К таким системам относятся: предварительная и восстановительная частотная коррекция, компандерные системы, многополосные компандерные системы, системы DNL и ряд других.
Как отмечалось выше, наиболее перспективными системами шумоподавления являются интеллектуальные, в которых распознается информационный сигнал и из него устраняется шумовой, сформированный по отдельно собранным признакам. Пример такого шумоподавителя использован в редакторе COOL. Для работы с ним в опции Transform найдите меню Noise Reduction.
Прежде чем приступить к работе со звуковым сигналом, выделите в нем фрагмент, не содержащий собственно информационного сигнала. Подведите указатель мыши к позиции, соответствующей началу (или концу) фрагмента, и нажмите левую кнопку. Не отпуская кнопку, подведите указатель мыши к концу (или началу) фрагмента, а затем отпустите кнопку. Как только вы щелкнете левой кнопкой мыши по сэмплу, весь труд по выделению звукового фрагмента пропадет. Чтобы этого не произошло, воспользуйтесь правой кнопкой мыши, подведя ее к значку и нажав на Insert in Cue List.
Далее следует наложить на исходный сигнал белый шум. Для этого шумовой сигнал необходимо сформировать. Создав новый файл, в нем с помощью функции Generate Noise выберите белый (White) шум (рисунок 38).
Сформированный шумовой сигнал необходимо сначала выделить, щелкнув два раза по нему левой кнопкой мыши, а затем - копировать (Edit Сору). Открыв далее исходный семпл, с помощью команды Mix Paste наложим на него шум.
2. Определение статистических свойств сигнала
Очевидно, что чем больше информации имеется о статистических свойствах шума, тем эффективнее процедура шумоподавления. Откуда взять эту информацию? Функция Noise Reduction напоминает сыскную собаку, которой нужен образец запаха. А редактору Cool Edit нужен образец шума!
Подобные документы
Характеристика основных моделей параллельных вычислений. Основные директивы и функции, применяемые в наиболее распространенных технологиях параллельного программирования. Функциональные требования к программе, реализующей лабораторный практикум.
дипломная работа [3,1 M], добавлен 17.06.2013Особенности и классификация программных комплексов, их обзор и функциональные возможности в сфере обучения. Объектно-ориентированное проектирование компьютерного практикума. Разработка и структура информационного обеспечения, основные требования к нему.
дипломная работа [3,3 M], добавлен 19.01.2017Особенности дистанционного образования. Разработка электронного практикума по дисциплине "Методы и средства проектирования информационных систем и технологий". Предметная область, выделение информационных объектов. Разработка программного обеспечения.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 27.10.2017Обзор систем дистанционного образования. Функционально-ориентированное проектирование электронного практикума по дисциплине "Мультимедиа технологии". Разработка информационного и программного обеспечения системы. Построение логической модели данных.
дипломная работа [2,7 M], добавлен 27.10.2017Рассмотрение методик применения цифровых образовательных ресурсов в информационно–телекоммуникационном сопровождении системы образования. Функции компьютера на уроках. Содержание и методика проведения работы по созданию практикума "Электронные таблицы".
курсовая работа [829,9 K], добавлен 03.07.2015Выбор инструментальных средств для разработки лабораторного практикума по работе с операционной системой Windows ХР. Рекомендации по установке виртуальной машины. Подключение жесткого диска, его разделение на разделы. Управление пользователями и группами.
дипломная работа [4,7 M], добавлен 17.08.2013Обзор задач электронного учебно-методического пособия по дисциплине "Глобальная компьютерная сеть - Интернет". Подборка материала, разработка названий тем и глав, вопросов к лекциям, для зачёта. Требования к составу и параметрам технических средств.
практическая работа [1,4 M], добавлен 21.06.2012Технология разработки пользовательского интерфейса в среде Delphi. Создание таблицы, меню, форм для ввода и редактирования данных. Принципы организации меню как элемента интерфейса пользователя. Реализация сортировки, фильтрации, вычислений в таблице.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 13.11.2012Общая характеристика, принципы и методы работы с программой Adobe ImageReady. Особенности и этапы создания анимированных изображений с помощью программы, ее интерфейс и палитра, дополнительные возможности, сходства и различия от Adobe Photoshop.
аттестационная работа [39,2 K], добавлен 26.02.2009Исследование интерфейса и основных возможностей Adobe Photoshop - стандарта для работы с растровой графикой. Описания инструментов выделения, перемещения, кадрирования, нарезки. Рисование графических примитивов. Заливки и работа с цветами в программе.
презентация [340,4 K], добавлен 04.11.2014
