Глава 3. АКУСТИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Нас окружают различные звуки. Некоторые из них возникают в результате взаимодействия различных тел, а некоторые в следствие звукового усиления электроакустическими приборами. В связи с этим акустические сигналы разделяют на первичные и вторичные. К первичным относятся: сигналы, создаваемые музыкальными инструментами, пением, речью; шумо­вые сигналы, создаваемые для сопровождения различ­ных музыкальных и речевых художественных передач (шум поезда, треск кузнечика и т. п.). Ко вторичным акустическим сигналам относятся си­гналы, воспроизводимые электроакустическими устрой­ствами, т. е. первичные сигналы, прошедшие по элек­троакустическим трактам связи и вещания и соответст­венно видоизмененные по своим параметрам.

ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН.

Уровень акустического сигнала непрерывно изменяется во времени. Интервал таких изменений может быть довольно широким. Вещательные сигналы художественных программ, строго го­воря, не могут рассматриваться , как случайные в вероятностном смысле, так как они могут быть хорошо .известными для слуша­телей и поэтому не нести в себе информацию. Для слушателя эти сигналы служат средством удовлетворения эстетических потребно­стей, а не получения информации. Однако при расчете каналов связи и вещания эти сигналы считают несущими информацию, со­ответствующую их объему.

Ниже показана зависимость уровня сигнала от времени, на­зываемая уровнеграммой. Обычно ее дают для уровня, определенного при постоянной времени измерителя, равной или 150—200 мс (субъективная уровнеграмма), или 20—30 мс (объективная уровнеграмма).

Для квазимаксимального уровня это время условились брать равным двум про­центам для музыкального сигнала и одному — для ре­чевого, а для квазиминимального — соответственно 98 и 99%. Выбор именно таких значений основан на том, что более краткие пи­ки и резкие минимумы сигнала практически не воспри­нимаются слухом (для речевого сигнала процент взят меньше, чем для музыкального, так как очень краткие звуки в речи все же несут некоторую информацию).

Разность между квазимаксимальным и квазимини­мальным уровнями называют динамическим диапазо­ном

(3.1)

Динамический диапазон (в децибелах) для разных видов сигналов следующий:

речь диктора..................... 25—35

телефонные разговоры….35—45

небольшие ансамбли........45—55

симфонический оркестр...65—75

Как видим, вещательный динамический диапазон нас­только широк, что в большинстве случаев он не может быть передан через тракты вещательных каналов без предварительной обработки, т. е. без сжатия (компрессии) динамического диапазона. Но и речевой ин­формационный сигнал имеет широкий динамический диапазон по отношению к трактам связи и поэтому его приходится предварительно сжимать или же мири­ться с появлением значительных искажений его в са­мом тракте передачи.

Обычно единицей измерения динамических диапазонов является децибел, дБ. Диапазон в дБ определяют, как 20 десятичных логарифмов от квадрата максимального размаха (разности уровней) сигнала. Следует помнить, что динамические диапазоны разных акустических сигналов различны.

Так как вещательный динамический диапазон слишком широк, то для передачи через тракты вещательных каналов он должен быть сжат при помощи компрессора - лимитера. В противном случае придется мириться с появлением сильных искажений в тракте передачи.

Уровнеграмма : L – уровень сигнала; t – время;

T-длительность участка сигнала; D – динамический диапазон.

СРЕДНИЙ УРОВЕНЬ.

Средний уровень акустического сигнала может быть определен как средний статистический по интенсивности для длительных интервалов времени, или как средний, измеряемый прибором, имеющим небольшую постоянную времени (объективное среднее), либо по слуховому ощущению (субъективное среднее). Для определения среднего уровня вторичного сигнала необходимо определять средний уровень по ощущению, а для первичных – знать все средние уровни, т.к. сигналы приходят к человеку через аппаратуру систем вещания и связи.

Средний уровень интенсивности акустического сигнала можно определять или по слуховому ощущению (субъ­ективное среднее), или как средний статистический по интенсивности для длительных интервалов времени (среднее длительное), или как средний, измеряемый прибором, имеющим небольшую постоянную времени (объективное среднее). Для вторичных сигналов доста­точно определять только средний уровень по ощуще­нию, для первичных — необходимо знать все средние уровни, так как эти сигналы проходят к человеку через аппаратуру систем связи и вещания.

Эти средние уровни сигнала можно измерить, из­меняя постоянную времени прибора. Учитывая, что мгновенная мощность сигнала изменяется от нуля до амплитудного значения, минимальная постоянная вре­мени прибора для измерения объективного среднего уровня не должна быть меньше максимального полупе­риода колебаний. Так как постоянная времени слуха в среднем равна 150 мс, то для измерения среднего уровня по слуховому ощу­щению постоянная времени должна быть около 150 мс. Разность между квазимаксимальным и усредненным уровнем (за длительный промежуток времени, напри­мер, 15 с для речи и 1 мин для музыки) называют пик-фактором:

Пик-фактор показывает, насколько ниже надо взять усредненный уровень передачи по сравнению с макси­мально допускаемым уровнем в канале, чтобы не пере­гружать канал. Для музыкальных сигналов пик-фак­тор доходит до 20 дБ и более, для речевого сигнала — не превышает 12 дБ. Эти данные пик-фактора отно­сятся к сигналам, не прошедшим любую обработку, в том числе и в виде воздействия акустических свойств помещения.

Полагают, что приемник звука, а также орган слуха челове­ка воспринимают звук, как приборы с элементарной цепочкой ти­па RC.