NetNado
  Найти на сайте:

Учащимся

Учителям



Лабораторная работа №1 Исследование элементов пульта звукорежиссёра и их применение


Содержание отчёта


Отчёт должен содержать:

    • таблицу с результатами измерений времени интеграции измерителей уровня VU и PPM – типов с их названиями;

    • значения динамического диапазона ЗС, измеренного ИУ VU и PPM – типов;

    • выводы об особенностях применения ИУ VU и PPM – типов, а также о возможности использования ПП Sound Forge в качестве инструмента для проведения измерений;

    • зависимости относительного положения Х кажущегося источника звука на линии стереобазы В (зависимость (Х/(В/2)) от разности уровней ΔNс сигналов стереопары);

    • имя сформированного файла звукового сюжета.




  1. Контрольные вопросы




  1. Какие функции пульта звукорежиссёра могут быть заменены обработкой в программном продукте Sound Forge.

  2. В чём принципиальное отличие измерителей уровня PPM – и VU – типов, каковы значения их времени интеграции.

  3. Почему отличаются значения динамического диапазона одного и того же ЗС, измеренные разными типами ИУ (PPM и VU).

  4. Поведение показаний ИУ какого типа наиболее близко к слуховому ощущению?

  5. С помощью какого инструмента ПЗ происходит перемещение кажущегося источника звука по стереопанораме? Какой параметр изменяется при этом в стереофоническом звуковом сигнале.

  6. Какой параметр ЗС определяет положение источника звука на стереопанораме.




  1. Список использованных источников




    1. Радиовещание и электроакустика: Учебник для вузов / С.И.Алябьев, А.В.Выходец, Р.Гермер и др.: Под ред. Ю.А.Ковалгина. – М.: Радио и связь, 1998.

    2. Акустика: Учебник для вузов / Вахитов Ш.Я., Ковалгин Ю.А., Фадеев А.А., Щевьев Ю.П.; Под. ред. Ю.А.Ковалгина – М.:Горячая линия - Телеком, 2009.

    3. ГОСТ 21185 «Измерители уровня квазипиковые. Типы и основ­ные параметры».



Лабораторная работа №3
Исследование характеристик

компрессора звукового сигнала
Цель работы: изучить принцип действия компрессора, исследовать его статическую и переходную характеристики и оценить его работу на реальных звуковых сигналах.


  1. Задание к лабораторной работе




  • изучить назначение и принцип действия компрессора;

  • изучить возможности программного продукта (ПП) Sound Forge для сжатия динамического диапазона ЗС;

  • на основе анализа алгоритма работы компрессора и свойств звуковых сигналов выбрать его статическую характеристику и динамические параметры для оптимальной обработки речевого и музыкального сигналов;

  • исследовать статическую и переходную характеристики компрессора;

  • уменьшить ДД речевого и музыкального сигналов и оценить работу компрессора объективно и на слух.




  1. Теоретические указания

к самостоятельной подготовке
После формирования и первичной записи (преобразования) звуковых сигналов (ЗС) неизбежно требуется их дополнительная обработка (постобработка): необходимо устранить внешние акустические шумы (при записи вне студии), слишком затянутые паузы (в речевом сигнале), изменить (уменьшить) динамический диапазон (ДД) ЗС. Прослушивание ЗС не прошедшего постобработку может не только не доставлять удовольствие, но и при некоторых его параметрах даже раздражать из-за перечисленных выше факторов. Слишком большой динамический диапазон ЗС (большие и частые перепады уровня его громкости) может даже снижать разборчивость. Кроме этого, перед передачей ЗС по каналу, приходиться уменьшать ДД ЗС для его безискажённой передачи. В силу этих обстоятельств приходится дополнительно обрабатывать такой ЗС, уменьшая его динамический диапазон (ДД) и содержащиеся в нём шумы. Для этого применяются такие устройства (или инструменты программного продукта) как сжиматель (компрессор) и расширитель (экспандер). Компрессирование ЗС применяется, также, для повышения его средней мощности и повышения разборчивости речевого ЗС.

Вследствие того, что компрессор срабатывает не на мгновенное значение ЗС, а на его уровень, то его относят к автоматическим регуляторам уровня (АРУр).


    1. Статические характеристики компрессора

На рис.3.1 приведены амплитудные (вверху) и регулировочные (внизу) характеристики для двух видов компрессоров.


а) б)

Рис.3.1. Амплитудные характеристики (вверху) и зависимости коэффициента передачи от уровня входного сигнала (внизу): линейного (а) и билинейного (б) компрессора

Компрессор может иметь линейную (а) или билинейную (б) амплитудную характеристику (АХ). В первом случае, зависимость 1 на рис.3.1.а, его коэффициент передачи меняется во всём диапазоне изменения уровня Nвх входного сигнала по линейному закону. При билинейной АХ, зависимость 1 на рис.3.1.б, коэффициент передачи имеет два прямолинейных участка. При больших уровнях входного сигнала, в диапазоне от 0дБ до Nпор, коэффициент передачи не изменяется и равен 0дБ (единице). Изменение коэффициента передачи происходит при низких уровнях входного сигнала, когда его значение ниже порогового Nпор (в случае, показанном на рис.3.1 Nпор2=-20дБ). Кривая 2 на рис.3.1 соответствует АХ усилителя с коэффициентом передачи 0 дБ (единице).

В обоих типах компрессоров коэффициент передачи возрастает при уменьшении уровня входного сигнала. Компрессор с линейной АХ можно считать частным случаем билинейного компрессора, у которого Nпор=0дБ. Благодаря такой зависимости коэффициента передачи от уровня входного сигнала (регулировочной характеристике) все типы компрессоров - линейный, билинейный и ограничитель максимальных уровней (лимитер), сжимают (уменьшают) ДД ЗС.

Если амплитудная характеристика линейного компрессора описывается показательной функцией (что близко к действительности), то она имеет вид [2,3]:
Uвых= Uγк вх, (3.1)

где Uвх и Uвых - напряжения, соответственно, входного и выходного сигналов, γк– коэффициент сжатия ДД ЗС.

Удобнее пользоваться амплитудными характеристиками, представленными через входные и выходные уровни. Они получаются после логарифмирования левой и правой частей уравнения (3.1). В результате получим компрессор с линейной логарифмической передаточной характеристикой (т.е. АХ линейна в логарифмических осях):
Nвых = γк∙Nвх, (3.2)

где Nвых - уровень выходного сигнала, Nвх - уровень входного сигнала, γк – коэффициент пропорциональности (сжатия).

У билинейного компрессора АХ описывается системой уравнений:

Nвых = Nвх, при Nвх >Nпор,

Nвых = Nпор+(Nвх-Nпор)∙γк, при Nвх ≤ Nпор. (3.3)

Так как компрессор сжимает ДД сигнала, то коэффициент пропорциональности (коэффициент сжатия) γк меньше единицы. Из формулы (3.2) видно, что отношение 1/γк показывает во сколько раз ДД входного сигнала больше ДД выходного, в диапазоне уровней, когда Nвх≤Nпор. Так как сжатие ДД ЗС происходит лишь при Nвхпор, то формулу для расчёта коэффициента сжатия γк можно получить из выражения (3.3):

γк= (Nвых -Nпор)/(Nвх-Nпор). (3.4)

В зависимости от назначения компрессора его коэффициент сжатия, обычно, лежит в пределах: 0,3≤γк≤0,7, хотя у ограничителя максимальных уровней (лимитера) он может достигать значений: 0,05≤γк ≤0,1. Цифровые лимитеры имеют значение γк близкое к нулю.

На рис.3.2 приведены амплитудная (а) и регулировочная (б) характеристики речевого компрессора с пороговым шумоподавителем.


Рис. 3.2 Амплитудная (а) и регулировочная (б) характеристики

речевого компрессора с пороговым шумоподавителем
Его амплитудная и регулировочная характеристики имеют четыре участка, на двух из которых он работает как компрессор. До тех пор, пока уровень входного сигнала Nвх большой и не превышает номинального (т.е. находится в пределах -10дБ=Nп1≤Nвх≤0дБ), коэффициент передачи, рис.3.2.б, остаётся постоянным и равным 0дБ (единице).

При больших значениях уровня входного сигнала, когда Nвх>0дБ, коэффициент передачи уменьшается, и уровень ЗС на выходе устройства не растёт (Nвых≈0дБ), рис.3.2.а. При этих уровнях входного сигнала устройство работает как компрессор с большим сжатием (маленьким коэффициентом сжатия γк), и представляет собой ограничитель максимальных уровней (лимитер). В этом диапазоне входных уровней коэффициент передачи падает на 10дБ (в 3,16 раз) при увеличении уровня входного сигнала на 10дБ, рис.3.2.б. Это позволяет предотвратить перегрузку последующего тракта звукопередачи.

При уменьшении уровня звукового сигнала, в пределах диапазона -30дБ=Nп2≤Nвх≤Nп1=-10дБ, коэффициент передачи растёт от 0дБ до 10дБ (от 1 до 3,16 раз). За счёт этого ДД ЗС сжимается, и устройство работает как компрессор.

Дальнейшее уменьшение уровня ЗС, на рис.3.2 Nвхп2=-30дБ, приводит к уменьшению коэффициента передачи, и устройство работает как экспандер, выполняя роль порогового шумоподавителя (ограничителя минимальных уровней).


    1. Динамические характеристики

автоматических регуляторов уровня

Приведённые на рис.3.1 и рис.3.2 характеристики являются статическими. В диапазоне входных уровней, где коэффициент передачи равен 0 дБ (единице) и не зависит от уровня входных сигналов, переходных процессов нет. В диапазоне входных уровней, где коэффициент передачи зависит от уровня входного сигнала, его изменение происходит не мгновенно, а за некоторый временной интервал. Причём у одного и того же АРУр увеличение и уменьшение коэффициента передачи происходит за разные интервалы времени. Процессы, связанные с изменением коэффициента передачи называют динамическими (или переходными) характеристиками АРУр. Они определяются динамическими параметрами компрессора. При их выборе учитывают свойства слухового восприятия ЗС и характеристики самого звукового сигнала. Поэтому динамические характеристики АРУр определяются его функциональным назначением, но даже в устройствах одного функционального назначения несколько различаются для обработки речевого и музыкального ЗС.

Динамические (переходные) характеристики измеряют по реакции АРУр на скачкообразное изменение входного напряжения на 10дБ относительного порогового значения [3]. В зависимости от назначения АРУр и характера перепада Nвх (он увеличивается или уменьшается относительно порогового) в выходном сигнале различают время установления (коэффициента передачи) – tу и время его восстановления - tв. В таблице 3.1 приведены типовые значения tу и tв различных авторегуляторов [3].
Таблица 3.1

Типовые параметры авторегуляторов

Вид АРУр

Порог сраба-

тывания, дБ

tу, мс

tв, с

Сжиматель речевого сигнала

0…-20

1…2

0,3

Сжиматель музыкального сигнала

-20…-40

1…2

0,1…2

Раширитель

-33…-38

1…3

2…5

Ограничитель максимальных

уровней

0

0,3…1

0,5…2

Ограничитель минимальных

уровней

-42…-44

1…5

0,2…0,3

Автостабилизатор уровня речи

-5…-20

250…500

7,5…15

Автостабилизатор уровня музыки

-30…-40

500…1000

15…30


При выборе динамических параметров автоматических регуляторов уровня, в основном учитывают два свойства слухового восприятия ЗС: время адаптации слуха на громкость и время адаптации слуха на нелинейные искажения.

Время адаптации слуха на громкость составляет (150…200) мс [3]. Этот параметр определяет время срабатывания (роста коэффициента передачи, tв) компрессора при уменьшении входного сигнала. В зависимости от назначения компрессора оно может быть как больше, так и меньше этих (150…200) мс, табл. 3.1.

Время адаптации слуха на нелинейные искажения составляет (10…20) мс. Поэтому время срабатывания (уменьшения коэффициента передачи, tу) при росте входного сигнала, выбирается меньше этого значения.

У разных музыкальных инструментов длительность фронта нарастания сигнала лежит в пределах (0,5…5) мс. Реализация слишком большого значения tу приводит к срезанию фронтов в ЗС. Слишком маленькое время установления приводит к появлению щелчков в выходном сигнале и ложному срабатыванию компрессора при наличии импульсной помехи в сигнале. Значения tу различных компрессоров приведены в табл.3.1.

Программный продукт Sound Forge содержит такой АРУр как Dynamics. Изменяя его амплитудную характеристику можно получить практически любой АРУр, включая компрессор, экспандер, компандерную СШП (КСШП) и динамический шумоподавитель. Панель настроек АРУр Dynamics с АХ компрессора приведена на рис.3.3.



Рис.3.3. Панель настроек Dynamics в режиме компрессора
На панели настройки авторегулятора устанавливают статическую (амплитудную) характеристику курсором «мыши», коэффициент усиления регулятором Output gain, а также динамические характеристики:

  • attack time (время срабатывания при росте сигнала);

  • release time (время отпускания или точнее время увеличения коэффициента передачи при уменьшении входного сигнала).

С помощью ПП Sound Forge можно реализовать любую АХ, в том числе и приведённую на рис.3.2. Но из-за того, что на разных участках АХ АРУр должны быть свои динамические характеристики, оптимально обработать файл ЗС можно только последовательно. Для этого задавая требуемый вид АХ устанавливают нужные значения tу и tв и обрабатывают ЗС. Эти операции повторяют над сигналом последовательно столько раз, сколько имеется точек перегиба АХ.


  1. Порядок выполнения работы




  1. Подготовительный этап

  1. Исследование амплитудной характеристики компрессора будем выполнять в следующей последовательности:

  • формирование амплитудной характеристики компрессора;

  • создание тестовых сигналов;

  • обработка тестовых сигналов компрессором, сохраняя эти сигналы;

  • измерение уровня сигналов на выходе компрессора;

  • сопоставление полученных сигналов.

Для исследования работы компрессора необходимо сформировать его амплитудную характеристику, т.е. задать значения порогового уровня Nпор, коэффициента сжатия γк≈(0,3…0,7) в формулах (3.1) - (3.4), и времени срабатывания tу и восстановления tв. Их величину выберите, учитывая соображения, приведённые в п.2.2, а также значения для авторегуляторов, приведённые в табл. 3.1. Значение Nпор принять равным (-10…-25)дБ.

  1. Для проведения исследований характеристик компрессора понадобятся испытательные сигналы. Их параметры определяются статическими характеристиками (амплитудной и амплитудно-частотной) и динамическими параметрами компрессора. Будем считать, что исследуемый компрессор широкополосный. В этом случае исследования статической и динамических характеристик можно выполнить на одной частоте. Её значение, равное 2000Гц, возьмём из стандарта ОСТ 45.138 -99. Исследование амплитудной характеристики выполняется на трёх гармонических сигналах с уровнями: Nвх1=0дБ, Nвх2= Nпор и Nвх3=(Nпор-30)дБ.

  2. Для формирования испытательного сигнала запустите программу Sound Forge и создайте файл сигнала в окне данных, последовательно выбрав: File→New. В открывшемся окне установите параметры создаваемого сигнала: частота дискретизации 44100Гц - стандартная частота для CD, количество разрядов квантования (Bit-depth) равным 16bit и каналы - моно. Нажмите ОК. Выберите последовательно в основном меню: Tools→Synthesis→Simple. В открывшейся панели меню выберите: в выпадающем меню набора предустановок→Untitled, форму волны→Sine (синусоидальная), длительность→10 секунд, частота→2000Гц, вставить новое колебание→Start of file, установите уровень сигнала равным 0 дБ. Нажмите ОК.

Сохраните сформированный сигнал под именем: Синус 0.wav (в формате *.wav - Microsoft) в папку с номером своей группы, создав её на диске «D» компьютера.

  1. Аналогично, см. п.3.1.3, сформируйте ещё два гармонических сигнала частотой 2000Гц и уровнями:

  • равным Nпор, сохранив синтезированный сигнал под именем: Синус Nп.wav;

  • на 30 дБ ниже выбранного порогового, т.е. N=(Nпор-30) дБ, сохранив синтезированный сигнал под именем: Синус Nп-30.wav.



  1. Исследование характеристик компрессора

    1. Исследование АХ компрессора.

Активируйте курсором «мыши» первый испытательный сигнал «Синус 0.wav», кликнув на нём. Перед обработкой его компрессором необходимо настроить параметры последнего. Для этого вызовите панель настроек Dynamics, рис.3.3, выбрав в основном меню Effects→Dynamics→Graphic. Откроется панель, на которой можно выбрать предустановленные параметры в выпадающем меню. При выполнении лабораторной работы выберите Untitled и установите вручную, выбранные в п.3.1.1 параметры статической характеристики (амплитудную характеристику). Для этого курсором «мыши» установите значение уровня выходного сигнала при входном равном -84дБ, (предварительно рассчитав его по (3.3)). Регулятором Threshold установите значение выбранного в п.3.1.1 порогового уровня. Установите усиление компрессора (Output gain) – 0дБ. Установите регуляторами динамические параметры компрессора, выбранные в п.3.1.1. Нажмите клавишу ОК. В дальнейшем параметры компрессора нужно будет изменять только при обработке реальных ЗС.

    1. Сохраните полученный сигнал, добавив в конце его имени букву «к». В первом случае сигнал будет иметь имя «Синус 0к.wav». Воспроизведите полученный файл. Запишите показания измерителя уровня (ИУ).

    2. Обработайте компрессором остальные два сигнала: «Синус Nп.wav», «Синус Nп-30.wav», повторив методику, п.3.2.1. Сохраняйте полученные сигналы, добавляя в конце их имени букву «к». Включая воспроизведение полученных файлов, записывайте показания ИУ.

    3. Постройте амплитудные характеристики компрессора, используя уровни его входных и выходных сигналов.

    4. Исследование динамических характеристик компрессора

Исследование динамических характеристик выполняется на сигнале представляющем собой радиоимпульсы с прямоугольной огибающей и частотой заполнения 2000Гц, рис. 3.4.а.

    1. Для формирования тестового сигнала выберите в основном меню: File→New. В открывшемся окне установите параметры создаваемого сигнала: частота дискретизации 44100Гц - стандартная частота для CD, количество разрядов квантования (Bit-depth) равным 16bit и каналы - моно. Нажмите ОК.




а) б)

Рис. 3.4. Осциллограммы сигналов: а) – входной испыта-

тельный сигнал, б) – сигнал на выходе компрессора


    1. Создайте сигнал высокого уровня длительностью 0,05 с. Для этого выберите последовательно в основном меню: Tools→ →Synthesis→Simple. В открывшейся панели меню выберите: в выпадающем меню набора предустановок→Untitled, форму волны→Sine, длительность→0,05 секунды, частота→2000Гц, вставить новое колебание→End of file, уровень сигнала установите равным (Nпор+5) дБ. Нажмите ОК.

    2. Далее присоедините к этому колебанию сигнал низкого уровня длительностью 0,45 с. Для этого выберите: Tools→ →Synthesis→Simple. В открывшейся панели меню выберите: в меню предустановок→Untitled, форму волны→Sine (синусоидальная), длительность→0,45 секунды, частота→2000Гц, вставить новое колебание→End of file, уровень сигнала установите равным (Nпор-15) дБ. Нажмите ОК.

    3. Повторите дважды последовательно п.3.2.7 и п.3.2.8 для формирования трёх перепадов сигнала высокого и низкого уровней. Полученный сигнал должен иметь вид, изображённый на рис.3.4.а. Сохраните этот сигнал под именем «ДС.wav».

    4. Обработайте сформированный сигнал компрессором. Для этого вызовите панель настроек Dynamics, рис.3.3.а, выбрав в основном меню Effects→Dynamics→Graphic. Откроется панель настроек параметров, в которой, сохранив настройки установленные ранее в п.3.2.1, нажмите клавишу ОК. Сохраните полученный сигнал, добавив в конце его имени букву: «ДСк.wav». При правильно сформированном сигнале «ДС.wav» и верных установках параметров компрессора, полученный сигнал должен иметь вид, приведённый на рис.3.4.б. Измерьте длительность переходных процессов: времени установления tу и времени восстановления tв, выделяя курсором переходной процесс (длительность выделенного фрагмента указывается в правом нижнем углу файла данных).

    5. Сжатие динамического диапазона файла речевого ЗС.

Загрузите файл речевого сигнала. Приведите значение его пикового уровня к нулю дБ. Для этого нажмите на панели инструментов клавишу Process и в спадающем меню выберите пункт: Normalize. В открывшейся панели выберите из Набора→Untitled, установите точку в окне Peak level, а регулятором установите уровень 0дБ. Нажмите ОК. Сохраните сформированный файл ЗС в свою папку, добавив к его имени букву «н».

Обработайте этот файл компрессором. Для этого вызовите панель настроек Dynamics, рис.3.3, выбрав в основном меню Effects→Dynamics→Graphic. Откроется панель настроек параметров, на которой, изменяя величину сжатия сигнала (но сохранив ранее установленный порог), прослушайте получающийся сигнал, нажав клавишу Preview. Подберите наиболее понравившееся звучание, нажмите клавишу ОК. Рассчитайте коэффициент сжатия γк речевого сигнала по формуле (3.4), используя установленную АХ.

    1. Исследование влияния коэффициента сжатия на заметность шумов в звуковом сигнале.

Загрузите файл речевого сигнала, сформированный в п.3.2.11. Ограничьте его длительность (30..40) с. Введите в этот сигнал шум. Для этого предварительно сформируйте файл шумового сигнала: последовательно выберите File→New. В открывшемся окне установите: частоту дискретизации - такую же как и у файла речевого сигнала, длину кодового слова (Bit-depth) - такую же как и у файла речевого сигнала, каналы - моно. Нажмите ОК. Выберите последовательно в основном меню: Tools→Synthesis→Simple. В открывшейся панели меню выберите: в выпадающем меню набора предустановок→ →Untitled, форму волны→White Noise (белый шум), длительность→ →установите на 10 с больше длительности файла звукового сигнала, вставить новое колебание→Start of file, установите регулятором его уровень равным Nш=-(30…40) дБ. Нажмите ОК. Сохраните его под именем «Шум. wav».

Для введения этого шума в сигнал скопируйте шумовой сигнал в буфер, выделив весь файл: Edit→Select All и скопируйте его: Edit→Copy. Переместитесь на файл ЗС, установите курсор «мыши» в начало файла. Введите в него шум, выбрав в основном меню: Edit→Paste Special→Mix. В открывшейся панели установите регуляторы Source и Destination в положение – 0 дБ. Чтобы убедиться, что все операции проделаны корректно, воспроизведите сформированный файл ЗС. На последних 10 секундах синтезированного файла индикатор уровня (ИУ) должен показать введённое в сигнал значение уровня шума. Сохраните файл под именем «Сигнал+шум.wav».

    1. Обработайте сформированный сигнал «Сигнал+шум.wav» компрессором. Для этого вызовите панель настроек Dynamics, рис. 3.3, выбрав в основном меню Effects→ →Dynamics→Graphic. Откроется панель настроек параметров, на которой, сохранив установки сделанные в п.3.2.11, нажмите клавишу ОК. Включив воспроизведение, прослушайте файл. Как изменилось звучание? Измерьте с помощью ИУ и запишите значение уровня шума (на последних 10 с). Рассчитайте разницу между уровнями шума: сформированного в п.3.2.12 и измеренного в этом пункте лабораторной работы.

    2. Загрузите файл музыкального сигнала. Нецелесообразно использовать ритмичную и тяжёлую музыку, для которой характерно отсутвие перепадов уровней и поддержание уровня, близкого к масимальному, т.к. на ней сложно будет заметить исследуемые параметры. С помощью измерителя уровня (ИУ) измерьте его динамический диапазон, как разность между максимальным и минимальным уровнями. Обработайте этот ЗС компрессором. Для этого вызовите панель настроек Dynamics, рис.3.3, выбрав в основном меню Effects→Dynamics→Graphic. В открывшейся панели настроек параметров установите пороговый уровень равным (-15…-30)дБ исходя из динамического диапазона выбранного сигнала. Значение Nпор должно быть больше минимального уровня в выбранном файле музыкального сигнала. Изменяя величину сжатия сигнала, прослушайте получающееся звучание, нажав клавишу Preview. Подберите наиболее понравившееся звучание, нажмите клавишу ОК. Измерьте динамический диапазон обработанного ЗС. Рассчитайте коэффициент сжатия γк музыкального сигнала по формуле (3.4), используя установленную АХ.




страница 1страница 2страница 3


скачать

Другие похожие работы:


Документы

архив: 1 стр.