Сделай Сам Свою Работу на 5

Частотные искажения в диффузорном громкоговорителе. Улучшение частотной характеристики





 

Для эффективного излучения во всем частотном диапазоне необходимо, чтобы размеры излучателя были сравнимы с длиной волны. Но громкоговоритель, излучая все составляющие спектры, остается одних и тех же размеров. Поэтому для эффективного излучения на н.ч. необходимо размеры увеличивать. При этом увеличивается масса диффузора и на в.ч. такую систему “раскачать” невозможно, т.к. энергия в.ч. составляющих, как доказано в теории электрической связи, составляет до 10% энергии н.ч. составляющих. Если же диффузор будет мал, то в.ч. будут излучаться хорошо, а на н.ч. излучение будет неэффективным. В этом случае противоречия для получения одновременно от одного громкоговорителя эффективного излучения на н.ч. и в.ч. Кроме этого перемещающийся вперед диффузор сжимает воздух перед ним, одновременно в пространстве за диффузором возникает разрежение воздуха. В результате передняя и задняя стороны диффузора создают звуковые давления в разной полярности (одна волна называется прямой, другая – обратной). При сложении (интерференции) противофазно излучающих волн результирующее звуковое давление становится близким к нулю. Эти явления называются акустическим коротким замыканием. (а.к.з) и может стать причиной плохой работы громкоговорителя на н.ч., когда значительно больше диаметра громкоговорителя. Для уменьшения а.к.з громкоговоритель помещают в экран или корпус (ящик).



На в.ч. за счет продольной составляющей колебательной скорости

 

 

9.3 Цифровое представление звуковых сигналов

 

Среди методов цифрового представления звуковых сигналов наиболее широко известна импульсно-кодовая модуляция (ИКМ). Процедура преобразования аналогового сигнала в цифровой (дискретный) состоит из трех операций: дискретизации во времени, дискретизации по уровню (квантовании полученной совокупности отсчетов) и кодировании (замене квантованных значений сигнала последовательностью чисел). Процесс аналого-цифрового представления показан на рисунке 9.10, где а) – исходный аналоговый сигнал; б) процесс дискретизации (по горизонтальной оси отложено текущее время, по вертикальной – величина мгновенного значения дискретизированного значения в вольтах); в) – результат преобразования значений отсчета в кодовые слова в виде нулей и единиц; г) – кривая изменения напряжения во времени при последовательной передаче во времени полученной последовательности кодовых слов.



В устройстве, осуществляющем ИКМ (рисунок 9.11,а) входной сигнал ограничивается по полосе ФНЧ и поступает в АИМ-модулятор, где происходит его дискретизация. Выходной сигнал АИМ представляет собой временную последовательность отсчетов, отстоящих друг от друга на интервал времени , называемый периодом дискретизации. Величина , называемая частотой дискретизации, обратна периоду дискретизации:

а)
б)
в)
г)

Рисунок 9.10

Сигнал - дискретный, его спектр содержит н.ч. компоненту, тождественную по форме спектру входного сигнала и множество в.ч. компонент, каждая из которых состоит из двух боковых полос модуляции, расположенных вокруг и её гармоник (рисунок 9.11б).

 

 

а)

б)

Рисунок 9.11

Теоретически спектр такого сигнала бесконечен. В кодере выходной сигнал АИМ-модулятора квантуется и кодируется. Значение частоты дискретизации ограничивает разрешающую способность аналого-цифрового преобразования во времени и наивысшую возможную частоту на входе АЦП. В соответствие с теоремой Котельникова неискаженная передача аналогового сигнала с полосой частот дискретной последовательностью его отсчетов возможна только в том случае, если:

Чем выше выбрана , тем дальше в спектре дискретизированного сигнала разнесены и , тем легче отфильтровать в ИКМ-демодуляторе полезный сигнал. С другой стороны, чем больше , тем выше скорость цифрового потока , равная:



где -длина кодового слова (разрядность отсчета, т.е. количество “1” и “0” для передачи числа, называемых битами);

-число каналов для передачи одного сигнала (моно , стерео - ).

С точки зрения повышения эффективности использования канала связи при передачи сигналов звукового вещания желательно снизить (при этом уменьшается ширина занимаемой полосы частот ), но при этом ухудшается качество передачи. Поэтому выбирают из компромисса между качеством и скоростью цифрового потока. При этом учитывают системные факторы: звуковой сигнал передается в общем потоке с другими, в частности, телефонными сигналами (имеющими полосу частот 300-3400 Гц), поэтому принята кратной , иначе в общей структуре вещательный сигнал невозможно будет передать вместо нескольких телефонных. Поэтому частоту дискретизации выбирают равной 32 кГц в ТЛРП (при ), ТФП – 48 кГц (при ), в лазерных проигрывателях и бытовых магнитофонах – 44,1 кГц.

При квантовании каждое значение отсчета заменяется ближайшим к нему разрешенным уровнем. Расстояние между соседними разрешенными уровнями называется шагом квантования . Процедуру квантования можно рассматривать как прохождение сигнала через устройство со ступенчатой амплитудной характеристикой. Если в пределах этой характеристики , то такое квантование называется линейным (равномерным). Разность между исходным и квантованным значением является сигналом ошибки, называемым шумом квантования. Мощность шума квантования не зависит от амплитуды сигнала, а определяется только величиной шага квантования.

Значение определяется максимальным значением разрешенного уровня , а .

В ТПРП при равномерном квантовании и выбирают , в ТФП – 16. Можно показать, что динамический диапазон сигнала , а отношение сигнал/шум квантования для вещательного сигнала (без учета чувствительности уха к составляющим шума разных частот и избежания ограничения сигнала). При увеличении на единицу, сигнал/шум кван. Повышается на 6 дБ.

Для повышения необходимо уменьшать , поэтому развитие цифровых методов пошло по этому пути. Было предложено: использовать нелинейное квантование; передачу не самих отсчетов, а их разность (использование дифференциальной ИКМ(ДИМК) и её модификации ДМ – дельта-модуляции). Но при использовании ДМ требуется повысить , что не всегда оправдано.

При нелинейном квантовании шаг квантования изменяется: при малых уровнях сигнала величина шага может быть малой, при больших – увеличивается. При этом при увеличении , увеличивается и мощность шума квантования, поэтому неравномерное квантование обеспечивает высокое отношение сигнал/шум для слабых сигналов и некоторое уменьшение – для сильных сигналов. Но во всем диапазоне изменения уровней шумы квантования должны быть неслышимыми. Широко применяется 2 способы формирования шкалы квантования: мгновенное и почти мгновенное компандирование. При мгновенном компандировании используется устройство, состоящее из последовательно соединенных сжимателя (безинерционного), квантующего устройства с равномерной шкалой и расширителя. Амплитудные характеристики сжимателя и расширителя должны быть четко обратными, чтобы не было искажений сигнала. Теоретическими последовательностями показано, что наиболее близки к оптимальному закону компрессии вида

,

где и -коэффициенты интегрирования при определении закона сжатия, дают законы и компрессии. При компрессии коэффициент сжатия для вещательных сигналов выбирают равным 15, а число (принято в многоканальных системах передачи) в аналоговых сжимателях. В настоящее время применяют цифровые сжиматели с кусочно-линейной аппроксимацией с 11-13 сегментами (рисунок 9.12). В пределах каждого сегмента шаг постоянен, но при переходе от одного к другому шаг увеличивается. Число уровней квантования в каждом сегменте постоянное. Запись, например, означает, что используется характеристика сжатия по -закону с с её аппроксимацией 11-ю отрезками прямых линий (сегментов).

 

 

Рисунок 9.12-закон -компрессии с 13-ю аппроксимирующими сегментами

Процедура кодирования каждого отсчета состоит в следующем:

1) определяется полярность отсчета и формируется первый символ разряда кодового слова;

2) кодируется в двоичном коде номер сегмента, в пределах которого находится уровень входного сигнала. Используется 3-х разрядная кодовая комбинация, (в каждой полярности по 7 сегментов, 2 центральных имеют одинаковый шаг). В пределах каждого сегмента используется 64 разрешенных уровней, следовательно необходима 6-разрядная комбинация.

Следовательно, общее число разрядов в кодовом слове равно 1+3+6=10. Это значит, что скорость цифрового потока снизилась по сравнению с равномерным квантованием. Если применить почти мгновенное компандирование, когда используется не одна шкала с разным шагом в зависимости от сегмента, а несколько шкал с разными в каждой шкале, но с в пределах одной шкалы, то скорость цифрового потока еще больше сокращается. В настоящее время применяются и более совершенные способы сокращения с учетом свойств слуха. Т.к. цифровая обработка сигнала приводит к значительному улучшению всех качественных показателей устройств и систем, то вопросы цифрового представления сигналов и использования цифровых систем передачи рассматриваются подробно в других курсах. Здесь же была сделана попытка сравнения различных методов получения цифрового сигнала и увязать их с передачей звуковых сигналов в общем потоке.

 

Звукозапись

 

При создании программ ЗВ возникает необходимость в формировании новых и использовании ранее сделанных записей. Применение устройств, осуществляющих запись и воспроизведение сигнала позволяет снизить затраты на подготовку программ, позволяет получить желаемые характеристики записи и самих программ, разделить во времени запись и воспроизведение и многое др.

Запись сигнала – это процесс изменения характеристики носителя записи в соответствие с изменениями полезного сигнала. Воспроизведение является обратным процессом. Процесс разрушения ранее сделанной записи называется стиранием. При записи изменение характеристики сигнала во времени преобразуется в пространственные изменения носителя записи НЗ (изменение координаты). Для этого в систему записи вводят элементы записи (З) и воспроизведения (В). Система строится таким образом, чтобы эти элементы могли взаимодействовать с различными участками НЗ. Для этого осуществляется движение НЗ относительно элементов З и В. Совокупность точек, в которых происходит взаимодействие элементов З с НЗ, образует траекторию, называемую дорожкой записи. В зависимости от применяемых НЗ, его физических свойств и процессов, используемых при З и В, различают системы электромеханической, фотографической, магнитной, оптической (лазерной), магнитооптической записи. В ЗВ наиболее широко применяется магнитная запись благодаря своей технологичности, относительной простоты устройств магнитной записи (называемыми магнитофонами) и многократного использования НЗ. Магнитная запись основана на свойстве некоторых (например ферромагнитных) материалов намагничиваться при воздействии на них магнитного поля и сохранять это состояние (в виде остаточной намагниченности) после прекращения воздействия внешнего поля. Элементами З и В при магнитной записи служат магнитные головки записи (ГЗ) и воспроизведения (ГВ). В качестве НЗ используется магнитная лента (реже магнитные диски, барабаны, карты, проволока).

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.