. За основную частоту выбирается сигнал с частотой 1кГц.

РИС 13

АЧХ строится в координатах, амплитуда выходного сигнала и частоты. Для реальных усилителей среднего качества АЧХ должно иметь изменения 1Дб. , на основании этой ф-лы строится АЧХ.

РИС 14

2. Коэффициент нелинейных искажений. Нелинейные искажение в звуковых трактах возникают в следствии пропорциональности между входным и выходным напряжением во всём частотном диапазоне.

Нелинейные искажения определяются коэффициентом нелинейных искажений, который равен квадратному корню из отношения суммы мощностей гармоник возникающих при искажениях к мощности основной гармоники , .

Г армоники. Если колебания строго синусоидальной формы, y=sint, то говорят, что данное колебание имеет одну гармонику с частотой t. (рис*) такие сигналы имеют многие гармоники и такой сигнал представляется как сумма гармонических колебаний разной амплитуды и частоты.

Нелинейные искажения малого уровня изменяют только тембр звучания, большие нелинейные искажения приводят к дребезжанию и хрипам.

3. Помехи и шумы. Помеха – появляющиеся звуковые составляющиеся не связанные с основным сигналом. Бывают: постоянные (устойчивые) периодические и мгновенные апериодические. Периодические обусловлены плохой фильтрацией питающих напряжений. Апериодические – влияние окружающих электрических устройств и атмосферных явлений.

Шумы – обусловлены токами, возникающими вследствие движения электронов, ионов в звуковых каналах под действием различных факторов (например, теплового воздействия, скачков напряжения и т.д.). Качество каналов передачи по отношению к шумам оценивается отношением сигнал/шум. Оно определяет насколько уровень выходного полезного сигнала превышает уровень шума на выходе. - определяет качество передачи и преобразования сигнала. Белый шум – шум, который сопровождает тракт передачи информации во всех частотах. Дробовой шум – вызывает эффект падающий дроби.

Схема обработки звуковых сигналов в ПК или структура звуковой карты.

РИС 15

Внешние аналоговые звуковые сигналы через линейные входы поступают на аналоговое суммирующие устройства – микшер. Микшер так же обеспечивает возможность изменять уровень входных сигналов и обеспечивать предварительную тоновую обработку (усиление или ослабление) колебаний высокой или низкой частоты – обертонов, введение дополнительных звуковых сигналов). Далее входной сигнал поступает на АЦП и в цифровом виде может быть записан на диски. Выходные цифровые сигналы преобразуются в аналоговую форму с помощью ЦАП и через выходной микшер поступают на линейный выход. Все эти элементы: усилители, микшеры, синтезаторы расположены на звуковой карте. Синтезатор предназначен для имитации звуков от стандартных источников (музыкальных инструментов, внешних стандартных источников), а так же для воспроизведение стереофонических записей объёмного звучания. Важными элементами устройство являются: АЦП и ЦАП.

Требования предъявляемые к АЦП.

РИС 16

Для обеспечения достоверного преобразования аналоговой информации в дискретные коды необходимо обеспечить такой выбор частоты дискретизации и такую разрядность выходного кода, которой бы обеспечивали обратное преобразование ЦА с высокой точностью. Чем меньше Δt т.е. чем выше f_д, тем выше точность преобразования. Чем выше разрядность выходного сигнала ,тем выше f_д – частота дискретизации преобразования сигнала т.е. параметр Dt определяется теоремой Котельникова. По этой теореме для достоверного воспроизведения аналогового сигнала, в котором значение максимальной частоты = f_max, f_д должна быть как минимум в два раза больше чем f_max (f_д≥f_max). Разрядность выходного дискретного сигнала должна быть не менее 10. Для звуковых частот стандартными параметрами АЦП является следующие: f_max = 20 кГц; f_д = 44,1; 48; 56 кГц. Стандартные разрядности: 16р; 18р.

Методы компрессии звуковой информации.

После преобразования аналоговых сигналов в дискретные коды, как правило, происходит сжатие информации. Может быть использовано нес-ко способов преобразования:

1. Импульсно-кодовая модуляция.

Заключается в том, что в заданные моменты времени фиксируется уровень аналогового сигнала и записывается его цифровой эквивалент. Далее поток данных представляет собой последовательность двоичных выборок в заданные моменты времени. Преобразование может быть линейным, т.е. дискретный код пропорционален уровню сигнала и нелинейным, в зависимости от разности двух соседних преобразований вводится масштаб, если разность большая, то масштаб увеличивается, а если маленькая то уменьшается. Р – поток данных. Р = 44,1 кГц*16р*2_канала = 1411200 бит/с.

2. Дельта-импульсно-кодовая (ДИКМ).

Характеризуется тем, что в цифровом потоке передаются не сами мгновенные значения (в дискретном коде), а разность данного отсчёта и предыдущего значения, т.е. передаётся только разница D.

3. Цифровая D - модуляция.

РИС 17

Если частота дискретизации достаточно высока, а сигнал изменяется достаточно монотонно, то при кодировании информации может передаваться только один разряд, который указывает знак разности между двумя соседними отсчётами.

4. Сжатие информации с помощью кодеров семейства MPEG (группа экспертов по движумся изображениям).

При использовании кодирования в с-ме MPEG используется три типа сжатых блоков данных или три типа кадров.

1 тип кадров: ключевые кадры, которые передаются без сжатия, т.е. кадры содержащие полную информацию без сжатия.

2 тип кадров: кадры, описывающие различия предыдущего кадра и текущего кадра.

3 тип кадров: кадры, которые определяют разницу между предыдущим кадром и последующим.

Рассмотрим стандарты MPEG-1.

16р. Профессиональная техника фиксируется на f = 48 кГц; бытовая – f = 44,1 кГц. Предусматривает три уровня сжатия:

1 уровень основан на психо-физическом восприятии звука. Если основной тон имеет близкие по частоте тоны, но с низкой амплитудой, то такие звуки маскируются ,т.е удаляются.;

2 уровень более эффективно свёртывает информацию первого уровня;

3 уровень обеспечивает дискретизацию с нелинейной частотой выборки, т.е. f_д ® varia.

Синтез звука.

Для имитации звуковых сигналов используются синтезаторы. Амплитуда звука определяет его громкость, а частота – высоту тона. Реальный звук сопровождается частотами более высоких гармоник. Основная частота сопровождается частотой более высокой – обертоны. Обертоны определяют индивидуальность звука. Любой звуковой сигнал имеет нес-ко фаз.

РИС 18

Синтез звука состоит из следующих элементов:

1. Одним из методов синтезируется сигнал одного тона. Он имитирует звук по основной частоте, максимально приближенной к тону инструмента или ноте.

2. основной тон поступает на с-му фильтров, преобразующих его в обертоны (колебания высокой частоты), имитирующих АЧХ поверхностей инструмента. Если синтезируется звук нес-ких музыкальных инструментов, то имитируется звучание каждого инструмента, на каждой ноте.

3. Результирующий сигнал получается путём суммирования на микшере всех составляющих звука и далее с помощью АЦП преобразуется в дискретный код. Наиболее часто применяются два метода: 1 – метод на основе таблиц длин волн; 2 – метод на основе частотной модуляции.

1 – должна быть библиотека реальных звуков, в которой хранятся семплы (звучание реальных нот в различных инструментах). Если звук короткий, то он хранится полностью, если звук длинный, то хранится начало и конец. Данный способ наиболее эффективен с точки зрения звучания реальных инструментов.

2 – суть: аппаратно формируются синусоидальные сигналы различной частоты и амплитуды, а затем эти сигналы микшируются (складываются). РИС 19 Огибающие сигналы т.е. их амплитудные хар-ки формируются процессором при воспроизведении. Данный метод формирует U_вых в данном виде: U_c=A_csin[2pf_ct+m_isin(2pf_mt)]. Где f_c – частота основного сигнала или несущая частота; f_m – частота промодулированного сигнала; А_с – амплитуда несущего сигнала; m_i – амплитуда модулированного сигнала. Идея: основная f_c преобразуется с помощью специальных цифровых генераторов в частоты обертонов с изменяющийся амплитудой сигнала. Для этой цели будут использоваться (ГУК) генератор звуковых сигналов, управляемый кодом.

ГУК 1 формирует на своём выходе сигналы обертонов, имеющих частоту f_m и огибающую m_i. Таких ГУК-ов может быть достаточно много для формирования полноты звуков. Выходы генераторов обертонов смешиваются на сумматоре и на них накладываются колебания основного тона f_c. Выходной сигнал f формируется ГУК 2 с учётом заданной амплитуды сигнала А.

АС 98 – стандарт, определяющий минимальные требования предъявляемые к аудио-системам.

1. разрядность преобразователей ЦАП, АЦП: 16р.

2. разрядность данных при импульсно-кодовой модуляции: 8; 16р.

3. f_д – обязательные: 8, 11, 22, 44 кГц.

4. Рекомендуемые f_д: 16, 32, 48 кГц.

5. Воспроизведение звуковой информации: 16-ти голосовая полифония (16-ти тембровый синтезатор).

6. Нелинейное искажение < 0,02%.

7. Отношение сигнал/шум К_с/ш = 75 дБ.

Синтезатор обеспечивает возможность получения объёмного звучания с помощью простейших акустических с-м (наушников, динамиков).

Технологии моделирования объёмного звучания использует реверберацию звука, окклюзию звука, обструкцию звука.

Реверберация – совмещение множества эха в тесном пространстве, который следует за основным звуком и постепенно заухают. Причём параметры затухания зависят от св-в окружающего пространства. Этим моделируются св-ва окружающего пространства (консерватория, коридор).

Окклюзия – звуки, прошедшие через препятствия и расположенные в вдалеке, либо в соседнем помещении.

Обструкция – звуки, задержанные препятствием. Этим моделируются звуки, источник которых распложен за нек-рой преградой (колонной, ширмой). При этом звуки могут изменятся по частоте и модуляции.

Структура звуковой карты.

РИС 20

Последний стандарт АС99. Состоит из:

1) цифрового контроллера; 2) аудио кодека; 3) канала управления сигналом; 4) интерфейс АС-link.

Цифровой контроллер обеспечивает фиксированные частоты преобразования сигнала (дискретизацию) от 48кГц и выше, определение способа синтеза цифрового звука, кодирование и декодирование сигнала, а так же ф-ции сжатия сигнала и его декомпрессии. На цифровой контроллер поступают сигналы в дискретной (цифровой) форме. Аудио кодек преобразует дискретные сигналы цифрового контроллера в аналоговые сигналы выхода и входные аналоговые в дискретные для цифрового контроллера. Интерфейс АС-link – последовательный интерфейс имеет 5 линий: линия синхронизации 48 кГц частота; линия сброса – reset; линия приёма данных; линия передачи данных; линия сопряжения со 2-ым кодеком. Обмен информации происходит поблочно. Каждый блок имеет двенадцать 12-ти битных слогов.

Структура аудио кодека.

Состоит из следующих блоков:

РИС 21

1) Интерфейсный блок; 2) блок микширования аналоговых сигналов и управления коэффициентом усиления; 3) блок дополнительной обработки.

Блок сопряжения с интерфейсом имеет 64 16-ти разрядных буферных регистра, к которому подключены ЦАП и АЦП, связанные с модемом. Кодек имеет 2 ЦАПа, которые образуют выходной стерео канал с частотой дискретизации 48 кГц и выше. Эти сигналы поступают в блок микширования, на котором они смешиваются со всеми внутренними сигналами (от внутренних источников), а так же внешних аналоговых сигналов. Аналоговый сигнал поступает на блок дополнительной обработки, который осуществляет тоновую коррекцию (т.е. увеличение низко частотных и высокочастотных составляющих звука при снижении общего уровня звука).

Стандартные требования к кодеку.

Кодек должен иметь следующие входы и выходы: 4 аналоговых стерео входов; 2 аналоговых моно входа; 2 микрофонных входа; стерео выход; моно выход модема.

Возможность тоновой обработки сигнала, реализация 3-х мерного звучания, возможность подключение модема. Кодек работает с частотой 48 кГц и выше, работа с 18-ти и 20-ти разрядными данными. Обеспечение высокого качества воспроизведения звука, т.е. соотношение сигнал/шум не более 90 дБ.

Модемные с-мы.

Предназначены для связи удалённых друг от друга источников информации.

РИС 22

Любая с-ма передачи данных имеет 3 основные части: источник передачи, канал передачи и приёмник.

В качестве ООД (источник и приёмник данных) может выступать компьютер, различные терминалы, уст-ва сбора данных.

АКД предназначена для преобразования сигналов от ООД в сигналы передаваемые по каналу. Фактически эти ф-ции выполняет модем.

Модем – уст-во модуляции и демодуляции сигнала, т.е. преобразование выходного сигнала по законам входного. Обычно входной сигнал является не модулированным, а выходной является промодулированным по закону изменения входного сигнала. Все блоки (ООД и АКД и канал) соединены стандартными интерфейсами. Аппаратная часть интерфейса – стык. Модемы бывают аналоговыми и цифровыми. Аналоговые модемы осуществляют преобразование кодов в аналоговые и наоборот. В цифровых модемах нет преобразования аналог-цифра цифра-аналог, а только происходит преобразование дискретного сигнала в соответствие со стандартом канала.

Типы каналов:

1 - Аналоговые; 2 – Цифровые. Каналы бывают коммутированные и выделенные. Коммутированные предоставляются по требованию и на нек-рое время. Выделенные – арендуются у телефонных компаний или прокладываются автономно. Каналы могут быть 2-х (приём-передача по одним линиям) и 4-х (2 для передачи, 2 для приёма) проводные.

С-мы факсимильной связи.

Предназначены для передачи не только содержания, но и внешнего вида документа, оригинал разбивается на отдельные участки, которые сканируются со скоростью развёртки 60, 90, 120, 180, 240 строк в минуту. Отражённый сигнал преобразуется в дискретный код и передаётся в канал связи с использованием того или иного способа модуляции.