В конечном счёте качество работы усилителей, колонок, микрофонов, магнитофонов и другой звукозаписывающей и звуковоспроизводящей аппаратуры оценивается “на слух” людьми, использующими эту аппаратуру, т.е. субъективно. Объективные же параметры характеризуют только технические данные аудио устройст и лишь приблизительно определяют качество аппаратуры. Поэтому объективные параметры аппаратуры обработки звука всегда будут носить вспомогательный характер. Почему же вообще появилась необходимость в использовании объективных характеристик для описания качества аудио аппаратуры ? На мой взгляд их основное назначение - позволить покупателю быстро выбрать среди множества продающейся аппаратуры устройства, примерно удовлетворяющие его потребности. Наиболее часто используемые объективные параметры это коэффициент нелинейных искажений, отношение сигнал/шум и амплитудно-частотная характеристика (АЧХ).
Нелинейные искажения характеризуют чистоту звучания. Это важный, но трудно измеряемый параметр, зачастую определяющий разницу между любительской и профессиональной звуковоспроизводящей и звукозаписывающей аппаратурой. Измеряется коэффициент нелинейных искажений в процентах.
1% - это не очень чистый звук.
0.1% - нормальное звучание.
0.01% - звучание класса Hi-Fi.
0.002% - чистое прозрачное звучание класса Hi-Fi, Hi-End.
Давайте рассмотрим проблему измерения коэффициента нелинейных искажений. В литературе ( например в книге проф. А.П. Гогучев, "ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ", том 3, стр. 217) можно прочитать следущее: "Оценка нелинейных искажений производится коэффициентом нелинейных искажений К:
SQRT( U2*U2 + U3*U3 + U4*U4 + ...)
K = ------------------------------------------------ ,
U1
где U1, U2, U3 ... UN амплитуды 1, 2, 3 и т.д. гармоник напряжения звуковой частоты в составе амплитуд колебаний звуковой частоты."
Для непрофессионалов упрощенно можно сказать так: если на вход некоторого устройства обработки звука подать чисто синусоидальный сигнал, считая, что он состоит только из одной первой гармоники, т.е. это чистая синусоида, то на выходе этого устройства, в общем случае, получим сигнал, состоящий из суммы синусоидальных сигналов с частотами f, 2*f, 3*f ... N*f, где f - частота исходного синусоидального сигнала. Такие синусоидальные сигналы называются гармониками сигнала. Таким образом, выходной сигнал получается искаженным и состоит из исходного синусоидального сигнала и его гармоник. Количественное соотношение исходного сигнала (первой гармоники) и гармоник с более высокими номерами, выраженное через приведенную выше формулу, и называется коэффициентом нелинейных искажений. В домашних условия ( при наличии персонального компьютера со звуковой картой ) измерить коэффициент нелинейных искажений можно используя специальную программу доступную через интернет www.geocities.com/SiliconValley/Pines/7899
Отношение Сигнал/Шум показывает насколько сильно шумит аудио устройство. Под отношением сигнал/шум в среде аудио-инженеров понимается отношение мощности сигнала Pс к мощности шума Pш на выходе устойства обработки звукового сигнала . Обычно определяют Pс/Pш для синусоидального сигнала и равномерного по частоте (белого) шума пропущенного через фильтр с характеристикой Z2 на Рис.1 или через так называемый взвешивающий фильтр с характеристикой МЭК-А, моделирующих частотную характеристику человеческого слуха и также показанной на Рис.1. Во втором случае отношение сигнал шум называется “взвешенным”.
Нелинейные искажения характеризуют чистоту звучания. Это важный, но трудно измеряемый параметр, зачастую определяющий разницу между любительской и профессиональной звуковоспроизводящей и звукозаписывающей аппаратурой. Измеряется коэффициент нелинейных искажений в процентах.
1% - это не очень чистый звук.
0.1% - нормальное звучание.
0.01% - звучание класса Hi-Fi.
0.002% - чистое прозрачное звучание класса Hi-Fi, Hi-End.
Давайте рассмотрим проблему измерения коэффициента нелинейных искажений. В литературе ( например в книге проф. А.П. Гогучев, "ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ", том 3, стр. 217) можно прочитать следущее: "Оценка нелинейных искажений производится коэффициентом нелинейных искажений К:
SQRT( U2*U2 + U3*U3 + U4*U4 + ...)
K = ------------------------------------------------ ,
U1
где U1, U2, U3 ... UN амплитуды 1, 2, 3 и т.д. гармоник напряжения звуковой частоты в составе амплитуд колебаний звуковой частоты."
Для непрофессионалов упрощенно можно сказать так: если на вход некоторого устройства обработки звука подать чисто синусоидальный сигнал, считая, что он состоит только из одной первой гармоники, т.е. это чистая синусоида, то на выходе этого устройства, в общем случае, получим сигнал, состоящий из суммы синусоидальных сигналов с частотами f, 2*f, 3*f ... N*f, где f - частота исходного синусоидального сигнала. Такие синусоидальные сигналы называются гармониками сигнала. Таким образом, выходной сигнал получается искаженным и состоит из исходного синусоидального сигнала и его гармоник. Количественное соотношение исходного сигнала (первой гармоники) и гармоник с более высокими номерами, выраженное через приведенную выше формулу, и называется коэффициентом нелинейных искажений. В домашних условия ( при наличии персонального компьютера со звуковой картой ) измерить коэффициент нелинейных искажений можно используя специальную программу доступную через интернет www.geocities.com/SiliconValley/Pines/7899
Отношение Сигнал/Шум показывает насколько сильно шумит аудио устройство. Под отношением сигнал/шум в среде аудио-инженеров понимается отношение мощности сигнала Pс к мощности шума Pш на выходе устойства обработки звукового сигнала . Обычно определяют Pс/Pш для синусоидального сигнала и равномерного по частоте (белого) шума пропущенного через фильтр с характеристикой Z2 на Рис.1 или через так называемый взвешивающий фильтр с характеристикой МЭК-А, моделирующих частотную характеристику человеческого слуха и также показанной на Рис.1. Во втором случае отношение сигнал шум называется “взвешенным”.
Рис.1 Характеристики фильтров, применяемых при оценки отношения сигнал/шум.
При этом амплитуда синусоидального сигнала устанавливается такой максимально возможной величины при которой нелинейные искажения ещё не превышают заявленного в техническом паспорте данного устройства значения. Обычно отношение сигнал/шум указывают в децибелах и вычисляют по следующему правилу Pс/Pш(дБ) = 10 * log (Pc/Pш). При этом можно условно считать что:
65 дБ - это удовлетворительно только очень дешёвых устройств.
80..85 дБ - можно уже и музыку послушать.
90..100 ДБ - обычная величина для Hi-Fi и Hi-End аппаратуры.
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) это также важный параметр, сильно влияющий на качество звука. Типичная для Hi-Fi аппаратуры АЧХ должна иметь значения от 20 Гц до 20000 Гц. Если АЧХ имеет нижнюю границу выше 50..60 Гц, то при воспроизведении звука вы почувствуете недостаток низких частот. Если верхняя граница АЧХ лежит ниже 15000..16000 Гц, то звук будет несколько глуховат, потеряется "прозрачность". Однако в некоторых специальных случаях, например при записи гитары через систему гитарный комбик-микрофон, необходимым условием субъективно хорошего звука явлется существенно отличная от линейной 20 Гц..20 кГц АЧХ (Рис.2).
Посмотрим, как определяется понятие АЧХ в книге известного учёного проф. Н.В. Терпугова "Проектирование Усилительных Устройств", стр.4: "В первую очередь устройство обработки сигнала характеризуется кэффициентом усиления по напряжению К_u = U_вх / U_вых, где U_вх амплитуда поступающего на вход устройства синусоидального сигнала с частотой f, U_вых - амплитуда выходного сигнала устройства. Коэффициент усиления выражается либо в безразмерных, либо в логарифмических единицах децибелах: K_u_дб = 20 log K_u; Частотные свойства усилителя отображаются амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ). АЧХ представляет собой зависимость коэффициента усиления устройства от частоты входного тестового синусоидального сигнала." В некоторых специфических случаях, например при поиске оптимального расположения микрофона относительно гитарного комбика при студийной или домашней звукозаписи может помочь оперативное измерение АЧХ цепочки комбик-микрофон. На рисунке 2 вы можете видеть на сколько резко изменяется АЧХ даже при сравнительно небольших изменениях расположения микрофона относительно оси динамика гитарного комбика. При наличие персонального компьютера с фулдуплексной звуковой картой и программного обеспечение с интернет сервера www.geocities.com/SiliconValley/Pines/7899 можно за считанные секунды измерять АЧХ, что значительно облегчает выбор оптимального для каждого конкретного случая расположения микрофона в системе динамик-микрофон.
С комментариями и пожеланиями можно обращаться к автору по адресу digital_sound@bigfoot.com
Симаненков Дмитрий.
Симаненков Дмитрий.
