ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Аналоговые методы записи звука из "Устройства цифровой магнитной звукозаписи " Под аналоговым методом записи понимается прямая запись-воспроизведение электрических сигналов без их промежуточного преобразования, т. е. когда остаточная намагниченность магнитного носителя адекватна входному сигналу [52]. Этот метод получил наибольшее распространение в звукозаписи благодаря простоте реализующих его электронных устройств. Несмотря на простоту получение полного соответствия воспроизводимого сигнала сигналу записи при прямом методе принципиально невозможно Сам процесс записи существенно нелинейный, и даже применение высокочастотного подмагничивапия для исключения гистерезиса материала магнитного носителя не обеспечивает линейной зависимости между остаточной намагниченностью и током записи. [c.4] При прямом методе записи вносимые в воспроизводимый сигнал искажения и несовершенство механизма транснортирования магнитного носителя за счет непостоянства скорости его движения вызывает плавание (детонацию) звука. Даже в самых высококачественных л агнитофонах детонация звука находится на уровне 0,1 %. Все перечисленные искажения увеличиваются при перезаписи. Каждая перезапись приводит к заметным линейным и нелинейным искажениям, увеличивает уровень шумов, плавание звука и паразитную амплитудную модуляцию. [c.4] Этих недостатков лишена запись электрических сигналов, при которой описание сигналов производится цифровым представлением. Для этого входной сигнал квантуется по времени и уровню и на магнитном носителе записываются группы импульсов, которые при воспроизведении формируют исходный сигнал. Таким образом, на качество сигнала не влияет процесс магнитной записи-воспроизведения, а определяется лишь параметрами аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей. Современные устройства для цифровой записи звука обеспечивают получение отношения сигнала к шуму 90—92 дБ, коэффициент нелинейных искажений и коэффициент детонации меньше 0,005 и 0,001 % соответственно, паразитная амплитудная модуляция отсутствует. При перезаписи последующие копии не отличаются от оригинала, кроме того, при изготовлении обеспечивается высокая идентичность отдельных экземпляров цифровых магнитофонов. [c.5] Цифровая звукотехника основана на кодово-импульсной модуляции (КИМ). Еще в 1938 г. был заявлен патент на использование КИМ для передачи речи, но лишь в настоящее время благодаря но-вы.м конструктивным элементам КИМ приобрела самое широкое применение [67]. Главным преимуществом цифровой звукотехники является независимость объективно измеренного и субъективно оцененного качества звука от помех, существующих в линии передачи, или создаваемых носителем информации. Поэтому качество выходного сигнала определяется в основном погрешностями преобразования аналогового сигнала в КИМ сигнал. [c.5] Кодирование источника осуществляется в три этапа дискретизации по времени (выборки, временного квантования) квантования по уровню (амплитудного квантования), кодирования квантованных значений. Избранные частота дискретизации, число уровней квантования, частота ошибок в кодированной информации на всем пути ее передачи являются главными факторами при оценке качества цифровой звукопередачи. [c.5] В аналоговой звукотехнике при оценке качества необходимо учитывать значительно большее число факторов, например, ширину по лосы частот, отношение сигнал/шум, линейные и нелинейные искажения, затухание перекрестных помех, модуляционный шум, колебания высоты тона и др. Многолетний опыт применения аналоговых систем звукопередачи позволил установить соответствие между объективными результатами измерений каждого из факторов с субъективным восприятием соответствующих искажений. В цифровой звукотехнике такой опыт отсутствует, а измерительные методы регистрации и контроля качественных параметров еще только разрабатываются. Поскольку нецелесообразно делать заключение о качестве цифровой звукопередачи лишь через восприятие органами слуха человека, важно найти зависимости между измеряемыми и расчетными значениями и субъективным их восприятием.. [c.5] Рассмотрим главные факторы, влияющие на качество звукозаписи. [c.6] Частота дискретизации. Непосредственное влияние на качество передаваемого звукового сигнала оказывает ширина полосы частот системы передачи. В соответствии с теоремой В. А. Котельникова /д 2/,.в, где /д — частота дискретизации, /з,в — ширина полосы звуковых частот. [c.6] Система цифровой звукопередачи тем экономичнее, чем меньше произведение частоты дискретизации на число бит в выборках, т. е. частота дискретизации должна быть как можно более низкой. Для того чтобы определить нижний предел, необходимо знать ту ширину полосы частот, которая обеспечивает высококачественную передачу звука [75]. [c.7] Основываясь на теореме В. А. Котельникова и исходя из технической возможности реализации фильтров нижних частот, можно сделать вывод о том, что частота 32 кГц является наинизшей частотой дискретизации, гарантирующей ширину полосы звуковых час тот до 15 кГц. Различные предложения, касающиеся т -М расширения диапазона звуковых частот до 20 кГц и выбора частот дискретизации 44,1 кГц или 48 кГц исходят из технических и экономических соображений, но никак не основываются на характеристиках человеческого слуха. [c.7] КИМ техники является конечное число уровней, с помощью которых отображаются амплитуды выборок. Такой процесс квантования приводит к тому, что амплитуды выборок могут отличаться не более чем на половину уровня квантования от своих точных значений. Эта ошибка тем меньше, чем больше число уровней квантования. При досгаточпо точном квантовании ошибка принимает форму белого шума, который сопровождает полезный сигнал и называется шумом квантования [7]. Если принять сопротивление нагрузки равным единице, то мощность шума квантования можно определить по формуле Л о = д /12, где д — интервал между уровнями квантован и.ч. [c.8] Если в системе с линейным квантованием желаемый уровень сигнала очень мал и для него требуется всего несколько уровней квантования, то характер шума изменяется белый шум становится менее однородным (гранулярным). [c.8] При отсутствии аналогового сигнала на входе системы на выходе ее теоретически сигнал также должен отсутствовать. Практически, однако, на выходе АЦП появляется случайная информация, обусловленная тепловыми шумами аналоговых цепей, сетевыми и переходными помехами, смещениями постоянных уровней, которые в результате превышают нижний уровень квантования (рис. 1.4). [c.8] После цифроаналогового преобразования это явление будет наблюдаться как фоновый шум (шум ненагруженного канала), который на 4,7 дБ больше шума квантования, т. е. N1 = дЧА. [c.8] Возможно одновременное уменьшение шума квантования и фонового шума увеличением числа уровней квантования, т. е. уменьшением разности амплитуд смежных уровней. Кроме того можно использовать регулярный высокочастотный сигнал малой амплитуды, которая позволяет превысить самый низкий уровень квантования и тем самым снизить чувствительность системы к мешающим случайным сигналам. [c.8] Оно действительно для систем, использующих все уровни квантования, вследствие чего определяет невзвешенное эффективное значение отношения сигнал/шум. Соотношение (1.2) применяется для нахождения динамического диапазона системы, так как оно определяет различие между экстремальными уровнями сигнала, используемого в КИМ системе. [c.9] Компандирование. Линейное квантование не является наиболее экономичным способом преобразования сигнала, чтобы максимально уменьшить скорости передачи бит в канале. Так как уменьшение частоты дискретизации, т. е. ширины полосы частот, связано с ухудшением качества передачи, то единственный путь уменьшеии- ско. [c.9] При кодировании источника сигналов число бит на выборку можно уменьшить, приняв характеристику квантования нелинейной [62]. В этом случае для больших мгновенных значений сигнала различие в амплитудах квантованных уровней возрастает пропорционально сигналу. Такую нелинейную характеристику можно получить с помощью четырехполюсника (компрессора), установленного перед квантователем (рис. 1.5). [c.9] Здесь 1 = 100 и А =87,7 — коэффициенты сжатия х, у — входные и выходные значения сигнала при компрессии 5 п (х) — полярность X. [c.10] Вернуться к основной статье