Оппенгейм - Применение цифровой обработки сигналов (1044221), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Применяемая в них аппаратура пока что слишком дорога для массового покупателя, но подобные устройства являются прообразом звуковоспроизводящих систем будущего. Для широкого потребления были разработаны более простые системы. Глава 2 Цифровая обработка звуковых сигналов В работе [57] показано, что задержка обоих стереофонических сигналов на 12 мс значительно улучшает ощущение объемности. Следует признать, что такая система несовершенна, но все же является шагом вперед.
Кроме того, по мнению некоторых слушателей, она создает лучшее звучание, чем системы матричной квадрафонии [91]. Введение только двух, а не бесконечного множества эхо-сигналов по схеме, приведенной на рис. 2.22, также создает отчетливое впечатление расширения размеров источника звука и ощущение объемности пространства. Если дискретные эхо-сигналы появляются с нужной задержкой, то они сливаются с прямым звуком и не воспринимаются как эхо [62], Поскольку в системе, предложенной Мэдсеном, задержки не очень велики, то требования к объему памяти оказываются вполне умеренными даже при сравнительно высокой скорости создания информации.
БОлее совершенная система имитации акустики зала серийно выпущена фирмой НуЬгЫ сзуз1егпз; ее схема показана на рис.2.23 [92], В отличие от системы Мэдсена реверберационные сигналы для боковых и задних громкоговорителей формируются из сигнала реверберации, присутствующего в основном стереосигнале, который воспроизводится через фронтальные громкоговорители. Сигналы из обоих каналов складываются и поступают на вход линии задержки, являющейся элементоМ рециркулятора, т.
е. сигнал с выхода линии задержки подается на ее вход через цепь обратной связи. Принцип формирования реверберации в этой системе основан на получении импульсных откликов в рециркуляторе по отсчетам основных стереосигналов. Поскольку реверберационные составляющие в соседних отсчетах основных сигналов можно считать некогерентными, то и выходные сигналы системы, предназначенные для питания задних громкоговорителей, также будут некогерентными. Основные стереосигналы в свою очередь состоят из суммы прямого сигнала и эхо-сигналов, обусловленных реверберацией.
Тогда сигналы задних громкоговорителей будут содержать прямой сигнал и совокупность эхо-сигналов, которая образуется в виде свертки исходной (содержащейся в записи) реверберации и импульсной характеристики рециркулятора. Все четыре реверберационных сигнала представляются слушателю совершенно некогерентными. Качество работы любой системы имитации эффекта присутствия зависит от того, насколько ее конструктор знаком с положениями психоакустики. В таких системах не дублируются процессы, происходящие в концертных залах, а образуются некоторые слуховые аналоги, которые создают у слушателя ощущение большого замкнутого пространства.
Поскольку структура звукового поля, создаваемого рассмотренными выше системами, не зависит от архитектурных особенностей помещения, слушатель может по собственному усмотрению имитировать акустическую обстановку чввый ттаууаа Лаавый и'аиы ,Уа4я- /йУ Рис. 2.22. Методика имитации акустики большого зала в домашних условиях (по Мэдсену). На два боковых громкоговорителя подаются тс же сигналы, что и на фронтальные громкоговорители, но с задержкой, так что получаются два сильных зхо-сигнала, Кг ый ий аа Рис.
2.23. Гистсма «Ацд1орц[эс» имитации акустики болыпих залов. В системе применен несложный алгоритм формирования рспечбсрацпп, основапны~ па рециркуляции входного звукового сигнала по внутренним пстлям блок-схемы В систему поступает стереосигнал пз обоих каналов, в результате получается пара дополпптсльнгях сигналов, воспроизводимых через два громкоговорителя, расположенных по бокам слушателя или за ним.
Глава 2 и подстраивать ее даже применительно к конкретному музыкальному произведению. Некоторые из слуховых эффектов, создаваемых системой, вообще невозможно получить в обстановке реального концертного зала. Таким образом, обработка сигналов дает возможность копировать известные акустические эффекты и создавать новые, и поэтому в будущем опа станет важной частью процесса звуковоспроизведепия. 2.6. Проектирование громкоговорителей Начиная с этого раздела, будем рассматривать те приложения цифровой обработки звуковых сигналов, которые характерны прежде всего для лабораторных условий, как, например, методика измерений при разработке цифровых систем звуковоспроизведенпя.
П иборы для звуковых измерений, как и большая часть всей аппаратуры связанной со звуковоспроизведепнем, основывались Ъ на аналоговых методах обработки сигналов. Эта аппаратура предназначалась для измерения таких характеристик, как коэффициенты гармонических или интермодуляционных искажений, амплитудно- с о-частотная и фазово-частотная характеристики, импульсный отклик, время нарастания (аНас~ 11гпе), время затухания (реверберация).
Она почти полностью удовлетворяет нуждам специалистов по звукотехнике, за исключением разработки конструкций громкоговорителей. Конструкции и механизм работы электро- акустических преобразователей очень сложные, поэтому их проектирование и изготовление является искусством, хотя и не в такой степени, как это изображают некоторые изготовители. Характеристики большей части электронной аппаратуры довольно просто измерить. Усилители, например, можно спроектировать так, что они практически не будут вносить в сигнал амплитудных и частотных искажений.
Такой элемент звуковоспроизводящего тракта можно назвать прозрачным в том смысле, что он не оказывает на сигнал заметного влияния. Громкоговорители, напротив, очень часто оцениваются субъективно, поскольку почти все они звучат по-разному, а специалисты сильно расходятся в мнении относительно того, как оценивать хорошие и очень хорошие громкоговорители. Громкоговоритель является устройством для излучения энергии, которое преобразует электрические сигналы в акустические волны в частотном диапазоне шириной 10 октав.
Длина звуковой волны изменяется от 10 м до 2 см, т. е. от величины, в 30 раз превышающей размер излучателя, до величины, на порядок меньшей этого размера. Кроме того, громкоговорители обычно создают искажения сложного вида, а их характеристики имеют гораздо большую неравномерность, чем у электрических цепей, подводящих сигнал к акустической колонке. Сложности усугубляются тем, что в отличие от маломощных электроакустических цифровая обработка звуковых сигналов преобразователей типа микрофонов громкоговорители оперируют с большими мощностями, иногда порядка сотен ватт. К тому же необходимо знать распределение энергии акустических волн в трехмерном пространстве. Инженерам не удается сделать громкоговоритель «прозрачным» элементом звуковоспроизводящей системы, и поэтому они вынуждены оценивать роль различных акустических эффектов при восприятии звукового сигнала, так как оптимизация конструкции зачастую основывается на субъективных оценках, получаемых путем прослушиваний.
В принципе следовало бы учитывать только искажения, заметные па слух. Однако пока не существует единого мнения о том, какие акустические эффекты действительно незаметны если не для всех, то хотя бы для большинства слушателей. Типичная акустическая система состоит из корпуса н одной или нескольких головок. Головка сама по себе является сложным электромеханическим устройством. Электродинамическая головка, например, состоит из конического или куполообразного диффузора, к которому прикреплена звуковая катушка, помещенная в магнитное поле.
При пропускании через катушку электрпческого тока на нее действуют электромагнитные силы, приводящие в движение катушку и диффузор, в результате чего создаются акустические волны. На низких частотах диффузор работает как поршень, перемещая сравнительно большой объем воздуха, но на высоких частотах его уже нельзя рассматривать как абсолютно жесткое тело.
Если длина волны излучаемого колебания близка к размерам диффузора, то в нем возбуждаются собственные колебания, причем разные участки колеблются в противоположных направлениях. Такие собственные колебания могут проявляться очень отчетливо и создавать значительную неравномерность характеристик излучателя. Эту трудность можно преодолеть путем включения в акустическую систему нескольких головок, каждая из которых создает излучение в определенном диапазоне частот. С выхода разделительных фильтров низкочастотные компоненты сигнала подаются на большие низкочастотные головки, среднечастотные — на среднечастотпое звено, а составляющие с высокими частотами — на высокочастотные головки. При расчете и конструировании подобных систем следует учитывать, что сигналы с разными частотами излучаются из различных точек, так что интерференция волн может создать серьезные трудности.
В связи с направленностью излучателей возникает интересный вопрос: следует ли их проектировать так, чтобы частотная характеристика, измеренная по интенсивности излучения вдоль главной оси, была максимально равномерной, или же в качестве критерия брать полную акустическую мощность? Признанные авторитеты имеют по этому вопросу диаметрально противоположные мнения. 8 — 359 Цифровая обработка звуковых сигналов Глава 2 14 Лонтрольный сигнал Л лулео сныи о/7/клик йсследуемыи еролт/гоеоеорилтелв .Акусти уеская камера (300м,'времяреверберации1с) /г и 77ровои спектроанализалто 5/силилж~в мл~неал/и /а/икрог,'17ОН/Ы/й усили- /~елз ИИМ НР 2100 сменный аталы77р для ЙЩ'ил7А~ ОЛг налом'внаа оЛЕ/тЛ/рЕЕ 10-разрядныйАЦ//.
с ~ас/77олтой дис/гретизаиии 50кГц /'енер7ал7ор ж'яуло- сов 2.6.1. Методы измерений вмерз/санный 3апускаюк(ий имлулвс Конструкция корпуса, в который помещаются акустические го1овки, также очень сильно влияет на характеристики всей акутической системы. Элементы корпуса, крепежные детали и даже другие головки, размещенные здесь же, могут создавать отра.ке~ия, которые повышают неравномерность частотной характеристики и усложняют вид диаграммы направленности акустической ситемы. Кроме того, обратная сторона диффузора головки излучает игнал в глубь корпуса, который отражается от стенок корпуса к лушателю.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
