Жанр: Учеба
Информация об аудио-компонентах
...свои особенности, определяемые друг другом.
Долгоиграющие пластинки изготовляются на основе винилитовых смол и при
весьма совершенных характеристиках имеют ряд технологических
особенностей, которые определяют требуемые параметры предварительного
усилителя. Для ограничения большой амплитуды колебаний записывающего
резца, предотвращения потери контакта с канавкой, а также чтобы не
уменьшать плотность записи, низшие частоты ослабляются. А для
преодоления инерции резца и снижения уровня шумов высокие частоты
усиливаются. Для получения исходного звучания, то есть линейной
результирующей частотной характеристики, частотная характеристика канала
воспроизведения грамзаписи, естественно, должна иметь обратный вид.
Конкретные уровни подъема и спада этих характеристик при записи и
воспроизведении грампластинки зависят от ее скорости вращения, которых
за всю историю было четыре: 77,92; 45,11; 33,33 и 16,66 об/мин, но в
настоящее время используется в основном только 33,33.
Введенный еще в 1953 году стандарт RIAA (по первым буквам названия
Record Industry Association of America) установил нормы на частотную
зависимость в диапазоне только 30-15000 Гц. Улучшение качества
звукозаписывающей и воспроизводящей аппаратуры, а также необходимость
нормировать частотную характеристику в области частот ниже 30 Гц привели
к созданию в 1978 году исправленной и дополненной версии стандарта,
получившего название RIAA-78.
В 1963 году характеристика была рекомендована в качестве стандарта
Международной электротехнической комиссии (МЭК) и вошла в национальные
стандарты большинства стран, в том числе и наиболее известные DIN45500 в
Германии или ГОСТ 7893-79 у нас.
Как правило, современные усилительные устройства имеют корректор или,
как еще говорят, схему выравнивания характеристики записи с применением
рекомендаций RIAA. Сколько было сломано копий в спорах о схемотехнике
корректора, лучшие варианты из которой ныне можно найти только в
аппаратах High End! В стандартном же Hi-Fi если и можно встретить такую
часть схемы, то скорее всего она будет построена вокруг простенького
сдвоенного операционника, хотя и с достойными параметрами. Как видно из
частотной характеристики воспроизведения корректора RIAA, сигналы низших
частот получают значительное усиление по сравнению со средними
частотами. Разница на границе частот достигает 20 дБ. При невысоком
качестве проигрывающего устройства это, естественно, приводит также к
усилению помех от вибраций движущегося механизма вращения грампластинки,
проявляющемуся в виде неприятного гула, а при недостаточной развязке
корпуса проигрывателя от звуковых колонок может вызвать акустическую
обратную связь. Для предотвращения всех этих неприятностей в схему
корректора или за ним включают специальный фильтр инфранизких частот,
обеспечивающий уменьшение усиления на частотах ниже 20-30 Гц с большой
крутизной (12- 18 дБ/октава) - так называемый RUMBLE или
SUBSONIC-фильтр.
Совершенствование грамзаписи шло также и по пути улучшения
звукоснимателей
- преобразователей механических колебаний иглы в электрические
сигналы. За сравнительно короткий срок это устройство превратилось из
простой иглы для фонографа или патефона (кстати, изготовляемой не только
из металла, но и из специальных сортов дерева) в весьма сложные
электронно-механические изделия, многие из которых можно рассматривать
как своего рода произведения искусства. Не вдаваясь в сложные
технические объяснения, можно сказать, что современные головки
звукоснимателей различаются по принципу преобразования механических
колебаний иглы в электрический сигнал и физике процесса преобразования.
Те звукосниматели, которые нас интересуют, - магнитные головки -
подразделяются на головки с подвижным магнитом (moving magnet), или
MM-головки, и на головки с подвижной катушкой (moving coil), или
MC-головки. Они имеют следующие преимущества: широкий диапазон
воспроизводимых частот (до 45-50 кГц при неравномерности 1-2 дБ), малую
прижимную силу (менее 15-20 мН), большую гибкость подвижной системы,
хорошее огибание канавки грампластинки, достаточное разделение между
стереоканалами, значительно меньшие нелинейные искажения, а самое
главное - несравнимо лучший звук. Имеющиеся недостатки - низкая
чувствительность, необходимость корректирующего усилителя,
чувствительность к магнитным полям
- с лихвой перекрываются их достоинствами. Основные отличия в их
устройстве состоят в следующем. В MM-головках с иглой механически связан
постоянный магнит, и электромеханическое преобразование осуществляется
за счет колебаний иглы и связанного с ней постоянного магнита
относительно неподвижных катушек индуктивности. А в MC-головке с иглой
механически связаны катушки индуктивности и преобразование
осуществляется при их колебаниях относительно неподвижного постоянного
магнита. Технологические ограничения, возникающие при изготовлении этих
головок, определяют их сравнительные достоинства и недостатки. В
ММ-головке недостатком является необходимость использования магнита с
большой магнитной энергией и небольшой массой для увеличения
чувствительности головки и ее верхней граничной частоты, и возникающие
при этом нелинейные искажения выше, чем у MC-головок. Но очень важное
достоинство MM-головки - легкость замены изношенной иглы. Преимущество
MC-головки - небольшая масса подвижной системы (и следовательно, хорошая
гибкость) при небольшой величине нелинейных искажений, а недостатки -
низкая чувствительность (из-за ограничения числа витков катушек) и, что
более существенно, невозможность замены изношенной иглы. Кроме того,
стоимость MC-головок существенно выше MM-головок. Но в системах, где
главное - качество звука, более предпочтительна MC-головка.
Наблюдающееся в настоящее время возрождение интереса к забытому "винилу"
имеет некоторые объективные предпосылки. По мнению многих экспертов,
цифровая обработка звука в CD-диске придает ему чересчур "холодное", как
говорят, дигитальное звучание в отличие от грампластинки, звучание
которой считается более теплым и естественным.
Также растет качество как самих грампластинок, так и проигрывающих
устройств. А в производственных программах ряда известных фирм появилось
новое направление - точное воспроизведение удачных моделей прежних лет.
Например, фирма Marantz выпустила точную копию знаменитого
предусилителя Model 7, которая имеет три стандарта коррекции: RIAA, Old
Columbia LP и 78 об/мин.
[Рис.]
Журнал "Stereo" N11 1997 г.
THX: результаты эксперимента впечатляют
Владимир Булатов
В восьмидесятых годах фирмой Lucasfilm был внедрен новый звуковой
стандарт, предназначенный для кинотеатров. Предпосылкой этой разработки
послужило резко отрицательное отношение продюсера и режисс°ра Джорджа
Лукаса (George Lucas) к воспроизведению звуковой дорожки (soundtracks)
его фильмов в кинотеатрах, оборудованных звуковой системой Dolby
Surround. В связи с этим главному инженеру Lucasfilm Тому Хольману (Tom
Holman) было поручено добиться студийного качества звучания в обычных
кинотеатрах. Результатом его работы стало ни много ни мало... появление
нового звукового формата "Tom Holman's experiment" или сокращенно ТНХ.
Новая система обработки сигнала звукового сопровождения подразумевала
использование уже имеющихся компонентов тракта и оригинального
процессора. При этом все оборудование системы и акустические параметры
зала должны были быть сертифицированы фирмой Lucasfilm.
С масштабным наступлением эры Hi-Fi VHS и бытовых декодеров Dolby Pro
Logic применение принципов формата ТНХ существенно расширило возможности
многоканального звукового сопровождения, записанного в системе Dolby
Surround. Использование высококачественных источников первичного сигнала
(VHS, LD, VCD), процессора ТНХ и "одобренных" Lucasfilm'ом остальных
компонентов комплекса Home Theater позволило добиться впечатляющего
соответствия звукового сопровождения видеоряду. Формат ТНХ определил
новую концепцию пространственного звучания - наиболее естественную и
максимально адаптированную к условиям домашнего видеопросмотра. Какие
технические решения реализуют философию системы ТНХ? Ядром бытовой
системы ТНХ является процессор сигналов, на выходе которого имеются
шесть независимых каналов звуковой информации. Используя результаты
декодирования процессора Dolby Pro Logic, который получает всего четыре
канала - левый, правый, центральный и канал эффектов (тыловой), ТНХ
дополнительно создает левый и правый тыловые каналы и
сверхнизкочастотный. Все каналы организованы таким образом, чтобы иметь
заранее определенный вид (читай: характеристики). Для этой цели в
процессоре ТНХ используются четыре дополнительные обработки -
НЧ-фильтрация, послекоррекция, тембральная компенсация и декорреляция.
Вкратце - о том, что же это такое.
Расширение диапазона воспроизведения низких частот достигается при
помощи специального электронного фильтра, на вход которого поступает
смесь сигналов левого, центрального и правого каналов, декодированных
классической схемой Dolby Pro Logic. Высокая крутизна спада
характеристики фильтра (24 дБ на октаву) при частоте среза 80 Гц
позволяет выделить "рафинированный" бас без среднечастотных примесей.
Данный метод существенно улучшает звучание сабвуфера (sub-woofer) на
сверхнизких частотах (20-80 Гц), которые чаще всего так эффектно
действуют на зрительскую аудиторию в кинотеатре.
Схема послекоррекции, к которой подключены выходы фронтальных каналов
декодера Dolby Pro Logic, адаптирует частотную характеристику звукового
сопровождения к условиям просмотра с близкого расстояния. Дело в том,
что большинство лицензионных записей (VHS, LD) характеристики
аудиосигнала стандартизированы для просмотра в кинозалах, что
обуславливает некоторый избыток высоких частот и слишком яркое звучание
диалогов при воспроизведении в условиях ограниченной площади. Поэтому на
основании субъективного прослушивания и калибрационных измерений,
произведенных экспертами и инженерами Lucasfilm, частотная
характеристика определенным образом корректируется: сначала - неглубокий
спад, начиная с 6 кГц, потом (в области около 12 кГц) АЧХ выравнивается
и наконец после 20 кГц вновь получает заданный спад. Все эти "зигзаги"
на деле способствуют воссозданию кинозвучания в обычной комнате.
Для сохранения спектрального баланса при движении мнимого (Phantom)
источника от фронтальных к тыловым громкоговорителям используется еще
одна корректирующая схема - схема тембральной компенсации. Результаты
исследований команды Хольмана показали, что избежать акустической
деформации звукового образа при его перемещении от фронта к тылу
возможно в случае совпадения характеристик звучания задних и передних
каналов. Поэтому АЧХ тыловых каналов, плоская в области единиц килогерц,
после коррекции имеет два характерных провала: один - на 4 кГц, другой -
около 6,3 кГц.
Таким образом схема подстройки тембра регулирует уровень звукового
сигнала в тыловых динамиках относительно преобладающего звука во
фронтальных громкоговорителях, тем самым создается необходимая глубина
акустического поля.
Основным "Know How" фирмы Lucasfilm является так называемая схема
декорреляции, позволяющая преобразовать один исходный монофонический
канал эффектов в два независимых источника. Замысел получения
псевдостерео на тыловых каналах базируется на идее создания звукового
поля с делокализированным источником звука. При использовании
специальных акустических систем и процессора ТНХ создастся впечатление,
что сигнал существует диффузно и может перемещаться в пределах границ
звукового поля, а не исходит из одного точечного источника, находящегося
за спиной слушателя. Конкретная техническая реализация принципа деления
моносигнала на левый и правый тыловые каналы держится фирмой в строгом
секрете...
Для получения лицензии и логотипа "Home ТНХ" аппаратура и носители
видеозаписей должны быть сертифицированы тестами Lucasfilm. Эта
процедура представляет собой достаточно сложный технический процесс, в
результате которого определяется соответствие компонента специальным
требованиям и техническим параметрам системы ТНХ. Остановимся на самых
важных, принципиальных позициях этого теста. Наиболее серьезные
требования предъявляются к акустическим системам, входящим в комплекс
ТНХ Home Theater. Так фронт и центр должны по возможности обслуживаться
идентичными громкоговорителями. При этом передние колонки в вертикальной
плоскости должны иметь узкую диаграмму направленности, а в
горизонтальной широкую.
Тем самым обеспечивая низкую интенсивность отраженного сигнала и
достоверный стереоэффект на максимальной площади помещения. Для создания
нелокализованного источника звука в тыловой области необходимо
определенное соотношение между отраженными и прямыми волнами,
приходящими к слушателю от громкоговорителей канала эффектов. Для этой
цели наилучшим образом подходят биполярные (bipolar) или дипольные
(dipole) акустические системы, которые не воспринимаются слушателем как
хорошо различимые в пространстве звуковые источники.
Необходимыми параметрами усилителей, входящих в комплекс ТНХ,
является способность обеспечивать на каждом канале мощность не менее 100
Вт на реальной комплексной нагрузке и высокое соотношение сигнал/шум.
Являясь по существу наилучшим, можно сказать "хай-эндовским", вариантом
бытовой системы Dolby Pro Logic, домашний театр ТНХ позволяет
максимально реализовать возможности звукового сопровождения видеофильма,
записанного в Dolby Surround, правда, за соответствующие деньги.
Журнал "Stereo" N11 1997 г.
Маленький носитель для большого звука
Борис Сергеев
Все дело в том, что качество звучания компакт-дисков несколько
противоречиво: они наиболее качественно передают самые сильные сигналы,
которых в музыкальной программе не так уж много, а наименее качественно
- самые слабые сигналы, которых намного больше. Такую ситуацию исправить
практически невозможно, если не внести принципиальные изменения в
стандарт записи. К тому же диаметр компакт-диска слишком велик и
карманный CD-плейер получается значительно больше такого же кассетного,
а потому неудобен для кармана. Решением этой проблемы, обобщив
многолетний опыт работы с компакт-дисками и технологию цифровой
обработки сигнала, всерьез занялись специалисты фирмы Sony - они создали
мини-диск, первые образцы которого появились на рынке в 1992 году.
Посмотрите на него повнимательнее: небольшого диаметра, несколько
похожий на дискету диаметром 3,5 дюйма и объемом 1,44 Мбайта, он
переливается всеми цветами радуги, однако прикоснуться к нему, как и к
содержимому дискеты, нельзя, поскольку он упрятан в футляр. Запись на
мини-диск осуществляется магнитным способом, этим он несколько
напоминает дискету, однако считывание записи производится оптическим
способом, что роднит его с компакт-диском.
Разумеется, процесс записи и воспроизведения намного сложнее, чем
может показаться. Так, магнитная запись осуществляется на тонкий
металлический, практически гомогенный (однородный) слой специального
состава. Как известно, в дискетах и магнитофонных лентах записывающий
слой состоит из микроскопических кристалликов металла или окисей
металла, нанесенных на основу при помощи специального лака. Специальный
состав обладает магнитной "жесткостью". Это означает, что под
воздействием внешнего магнитного поля перемагнетизация диска практически
отсутствует или весьма мала. По этой причине запись, сделанную на
мини-диск, нельзя стереть столь же легко, как запись на магнитофонную
ленту, так что Вам не придется беспокоиться о том, что качество записи
может снизиться, если мини-диск оставить вблизи работающего телевизора
или акустической системы. Процесс записи на мини-диск осуществляется
совершенно иным способом, чем на все остальные носители магнитной
записи.
Замерзшая музыка
Для каждого ферромагнитного материала существует определенная
температура, называемая "точкой Кюри", при достижении которой радикально
изменяются его качества - материал перестает быть ферромагнитным. Если
ферромагнитный материал нагреть выше соответствующей температуры, внести
в магнитное поле (или создать вокруг него сильное магнитное поле при
помощи, например, электромагнита), а затем охладить его до температуры
ниже точки Кюри, то магнитное поле в нем как бы "замерзает". Поскольку
речь идет о материалах, обладающих магнитной "жесткостью", то
"внутреннее" магнитное поле продолжает в них оставаться и после
отключения внешнего магнитного поля.
Именно такой принцип используется при записи на мини- диск. Он
вращается в непосредственной близости мощного электромагнита и все точки
его поверхности последовательно разогреваются инфракрасным лазерным
лучом.
Разогревание производится краткими импульсами, разогретое место
быстро охлаждается и сохраняет в себе внешнее магнитное поле, которое
меняет полярность в зависимости от того, какой знак записывается на
мини-диск - ноль или единица. Таким образом в записывающем слое
возникают островки, обладающие различной полярностью. Их нельзя увидеть
или прочитать путем изменения высоты отражающей поверхности, как это
происходит в компакт-дисках, в которых запись несут углубления, так
называемые "питы".
Однако запись можно считать на основании принципа, заключающегося в
том, что при падении поляризованного света на намагниченную поверхность
изменяется направление поляризации. Таким образом, конструкция
устройства для считывания записи на мини-диск полностью отличается от
конструкции аналогичного устройства в проигрывателе компакт-дисков. Для
считывания записи применяется тот же лазер, что для записи. Разница
заключается лишь в сниженной мощности лазерного луча при считывании. Это
делается для того, чтобы не разрушить записанный материал. На
поверхности мини-диска, как и на компакт- диске, имеются "бороздки", а
точнее одна спиралевидная бороздка, предназначенная для проводки
записывающей (и соответственно считывающей) систем. Поэтому поверхность
мини-диска так же радужно отражает свет, как поверхность компакт-диска.
Кодирование сигнала на мини-дисках существенно отличается от способов,
применяемых в компакт-дисках или системах DAT. Мы уже описывали этот
процесс на страницах нашего журнала, однако на минуту вернемся к этому
описанию. В течение последних десяти лет через область обработки
сигналов всех видов красной нитью проходит проблема экономного
кодирования. Это связано с широким распространением цифровых технологий,
обладающих огромным и несомненным преимуществом: они обеспечивают
запись, передачу, воспроизведение и другие способы обработки исходного
цифрового сигнала (включая многоразовое копирование) без снижения его
качества.
Впрочем, в этом есть одна (как минимум) загвоздка. Давайте на время
оставим в стороне философские рассуждения о том, был ли мир создан
цифровым или нет. Нам придется согласиться с тем, что понимая под словом
"сигнал" то, что в конечном счете воспринимается органами чувств
человека, все натуральные сигналы являются аналоговыми. Быть может, это
не относится в полной мере к некоторым сигналам, воспринимаемым нашими
органами обоняния, однако этой проблемой сейчас заниматься не будем. Для
цифровой обработки аналоговые сигналы необходимо дигитализировать, т.е.
заменить быстро изменяющиеся величины последовательностью чисел, которые
изменяются скачкообразно. Такая замена осуществляется в общем-то
приблизительно, поэтому в ее процессе происходит точно определенная
деградация (частичная потеря) сигнала. При записи, передаче и т.д.
указанные потери не увеличиваются (по крайней мере теоретически), однако
они все же существуют.
И если органы чувств человека способны заметить изменения,
произошедшие при обратном преобразовании цифрового сигнала в аналоговый,
то можно сделать вывод, что определенных потерь качества избежать
невозможно.
[Рис. 1] Принципиальная схема процесса записи на мини-диск Опыт,
накопленный по цифровой обработке звука, показывает, что "закон Мэрфи",
утверждающий, если какая-нибудь неприятность может произойти, то она
обязательно случается, полностью и немилосердно работает и в данном
случае. Хотя физиологические и акустические исследования утверждают, что
человеческий слух обрабатывает лишь незначительную часть получаемой
информации, тем не менее частичная потеря информации четко в эту часть
вписывается. Иными словами, наш слух ко многому относится достаточно
терпимо, часто позволяет себя обманывать, однако очень негативно
реагирует на деградацию сигнала, даже если она проявляется в самой
простом виде.
К счастью, меру деградации при аналого-цифровом преобразовании
сигнала можно сравнительно легко снизить путем повышения точности
преобразования, практически осуществляемого при помощи увеличения
количества битов, в которые преобразуется аналоговый сигнал. Однако
понятие "легко" вовсе не означает "просто". Поскольку при создании
компакт-дисков разработчикам хотя и с трудом, но все же удалось
справиться с линейной шестнадцатибитовой технологией, создалось
впечатление, что именно она вполне удовлетворяет человеческий слух.
Именно поэтому эта технология стала применяться в бытовой цифровой
аппаратуре. Динамический диапазон 96 дБ, частотный диапазон от 0 до 20
кГц, колебания скорости (детонация) нулевые - вот и все, готовьте ваши
уши. Герберту Караяну звучание понравилось, вам тоже понравится. На
самом деле все, конечно же, обстоит иначе. Из огромного количества
децибелов на пиковые значения приходится от десяти или пятнадцати дБ, а
они составляют не более одного процента продолжительности сигнала. Если
вы не желаете слушать звучание, напоминающее лязг шестерен или визжание
циркулярных пил, то уровень полезного сигнала не должен опускаться ниже
значения, составляющего около шестидесяти децибелов.
Искажения, которые неизбежно возникают вследствие неточностей
дискретизации (так называемой шум квантования), возрастают по мере
ослабления сигнала.
Таким образом, до слушателя доходит "музыкальная динамика",
составляющая около 50 дБ, которая сравнима с величиной, обеспечиваемой
аналоговой записью на магнитной ленте. Соотношение сигнал/шум несколько
лучше, чем в аналоговых аппаратах, однако это ни о чем не говорит,
поскольку шум не действует на слух столь неприятно, как искажения
квантования.
Кстати, очень хорошо, что шум существует. Его наличие даже в самом
высококачественном аналоговом сигнале нисколько не мешает процессу
квантования, поскольку он действует в данном случае как естественный
дитер.
Напомним, что дитер (dither) - это псевдослучайный сигнал,
подмешиваемый к основному в процессе дискретизации. В этом заключается
один из парадоксов дигитализации: хотя наличие шума в оригинальном
сигнале снижает соотношение сигнал/шум, однако при этом одновременно
снижается шум квантования, при этом результирующий сигнал ощущается
слушателем намного более приятнее по сравнению с восприятием сигнала, в
котором шум отсутствует. Не будем сейчас вдаваться в подробности,
поскольку теория эффектов такого типа не поддается тривиальному
объяснению. Если же мы в процессе дискретизации попытаемся достигнуть
повышения качества сигнала путем добавления дополнительных битов, нам
придется столкнуться с двумя проблемами. Основная проблема заключается в
том, что однажды принятый стандарт очень трудно изменить.
Вторая проблема чисто технического порядка: чем большее количество
битов передается, тем большие требования предъявляются к качеству
аппаратуры, передающих каналов, скорости обработки и т.п. Многобитовые
(т.е. более высокие, чем 16- битовые) технологии применяются в
профессиональной студийной аппаратуре, однако и в этом случае приходится
возвращаться к 16-битовому квантованию. Для обратного преобразования
существует несколько хитрых способов, в том числе с применением метода
SBM (Super Bit Mapping = супербитовое отображение). Еще труднее решается
проблема, связанная со скоростью сигнала изображения (видеосигнала),
поэтому ключевой проблемой стал поиск возможностей экономии битов при
сохранении по крайней мере субъективно высокого качества. Что касается
звука, эта проблема в основном решена, причем было найдено сразу
несколько решений. Однако все решения основаны на одном и том же
принципе, связанным с использованием эффекта маскировки. Попросту
говоря, из смеси различных звуков органы слуха выделяют лишь наиболее
сильные звуки, полностью игнорируя слабые.
Принимаются во внимание та
...Закладка в соц.сетях
