Динамический диапазон и сигнал/шум vu-meter Full view

Динамический диапазон и сигнал/шум

 

Достаточное отношение сигнал/шум является одной из характеристик профессионально разработанной системы звукоусиления. Термины «динамический диапазон» и «сигнал-шум» часто используются как синонимы, но при ближайшем рассмотрении оказывается, что они совсем не то же самое.

Динамический диапазон звуковой системы это разница в уровне между высшим пиком сигнала, который может быть воспроизведен системой (или устройством в системе) и амплитудой высшей спектральной составляющей шума.

Каждый электронный прибор имеет свой динамический диапазон, который определяется, прежде всего, ограничениями электропитания и уровнем остаточного шума прибора. Сильная узкополосная компонента порога шума устройства ограничивает динамический диапазон системы.

Соотношение сигнал/шум это разница между средним уровнем сигнала и средним уровнем шума. Устройство, которое работает на некоем среднем выходном уровне программного материала, должно иметь пики, которые превышают этот уровень на 10-20 дБ.

dyn1

Именно поэтому мы держим средний уровень около «0» на RMS-индикации на мастере, а весь остальной размах напряжения резервируется для пиков в программном материале. Средний уровень (average level) имеет важное значение — это то, по чему мы, как слушатели, судим о программной громкости.

Если использовать вольтметр для измерения RMS-значений остаточного шума устройства, отношение сигнал/шум будет равно разнице в уровне между этим значением (обычно выраженным в dBV или dBu) и номинальным «нулевым» выходным уровнем (также выраженным в dBV или dBu). При этом предпочтительно, чтобы устройство работало на уровне «около ноля», подобно тому, как большинство микшерных консолей для оптимизации их структуры усиления.

Динамический диапазон системы (или компонента системы) не зависит от присутствия сигнала. Это просто разница между максимально возможным неискаженным выходным уровнем и самым высоким уровнем собственного шума (обычно А-взвешенного) какого-либо компонента в системе. Соотношение «сигнал/шум» требует наличия сигнала, поэтому оно должно измеряться при фактическом использовании системы или компонента системы.

Система с широким динамическим диапазоном может иметь плохое соотношение «сигнал/шум» из-за неудачного способа её эксплуатации. «Динамический диапазон» можно использовать для описания производительности, которой можно добиться от системы или устройства, в то время как «сигнал/шум» может использоваться для описания того, что фактически достигнуто на практике.

На практике

Для измерения уровня звукового давления (SPL) при живом выступлении SPL-метр должен использовать А-взвешивание, а измерительный микрофон должен находиться в типичной позиции слушателя, на высоте около метра.A-B-C-weightings

А-взвешивание обычно используют, поскольку эта шкала, как и люди, наиболее чувствительна к части спектра от 1 кГц до 4 кГц. Поскольку большинство измерителей звукового давления имеют возможность усреднения измерений, то это дает средний уровень звукового давления при исполнении.

На графике справа — кривые А-, В-, и С-взвешиваний.

Конечно, пики в программном материале повышают это среднее значение, хотя измеритель не может реагировать достаточно быстро, чтобы прочитать их. Этот «лаг измерения» составляет обычно порядка 10 дБ, но может быть выше (или ниже) в зависимости от программного материала.

Теперь, если все источники звука на сцене замолчат (но микрофоны останутся открытыми), то можно будет измерить уровень собственных шумов системы, тем же SPL-метром, и тем же способом. В правильно спроектированной звуковой системе этот шум будет создаваться окружающей средой из открытых микрофонов (но не остаточными шумами электронных компонентов).

В аудитории с собственным уровнем шума 40 дБА, отношение сигнал/шум с типичным «лекторским» микрофоном будет только порядка 37 дБ со «средним» спикером (77 dBA), стоящим на расстоянии 1 фут от микрофона. Десять открытых микрофонов могут повысить минимальный уровень шума еще на 10 дБ, если их чувствительность и настройки такие же, как у первого микрофона, исходя их 10 log (количество открытых микрофонов) = 10 дБ.

К сожалению, для повышения отношение сигнал/шум системы в данном случае нет никакого выбора, увеличение уровня полезного сигнала также приведет к увеличению шума. Это очевидное последствие применения дальних микрофонов и невозможности отключения ненужных микрофонов.

Теперь, если сильный вокалист способен произвести 120 dBA в ручной микрофон в этой же системе (что не редкость для вокалистов, поющих в ручные, ближние микрофоны), то сигнал/шум будет порядка 80 dB (120 dB — 40 dB = 80 dB). Вот почему мы настаиваем, что правильная микрофонная техника имеет важное значение для хорошей производительности, поскольку, в конечном счете, влияет на соотношение сигнал/шум системы.

Мы используем минимальное значение в 25 dB для отношения сигнал/шум в звуковой системе в аудитории с большим количеством открытых микрофонов.

Скажем, в той же системе самый громкий звук, который система может произвести линейным способом, будет 110 dBA в том же положении слушателя.

Даже если система эксплуатируется на среднем уровне в 90 dBA, пики такого масштаба, безусловно, возможны. Наивысший программный пик будет определяться используемым громкоговорителем и усилителем мощности, подключенным к нему. Мы сейчас имеем один ингредиент, который требуется, чтобы найти динамический диапазон системы.

Если самым громким компонентом шума является гул от кондиционера, который находится на уровне 35 dBA, то динамический диапазон системы некуда увеличивать (110 dBA — 35 dBA = 75 dBA). Динамический диапазон может быть увеличен только путем отключения кондиционера, чтобы удалить гул.

Как вы можете видеть из этих примеров, среда определяет и динамический диапазон, и отношение сигнал/шум звуковой системы. Поскольку большинство электронных компонентов в системе имеют динамический диапазон порядка 100 dB или больше, звуковая система сама по себе никогда не должна быть слабым звеном, когда дело доходит до конечного результата для слушателя. Профессиональная система должна иметь динамический диапазон не менее 96 dB со всеми работающими электронными устройствами.

Только для студии или домашнего кинотеатра порог шума электронных устройств должен быть фактором, определяющим динамический диапазон или отношение сигнал/шум в положении слушателя. Поэтому можно спроектировать акустическую систему с очень широким динамическим диапазоном, но в целом соотношение сигнал/шум может быть довольно низким из-за особенностей самого помещения.

Можно даже спроектировать систему с более чем 100 dB динамического диапазона в каждом компоненте, и обнаружить, что сигнал/шум резко уменьшается во время фактического использования из-за неверно установленной структуры усиления (диаграммы уровней) при настройке системы. Наиболее распространенной причиной этого является применение усилителей, открытых «на-полную», что приходится компенсировать, держа средний уровень на мастере микшерной консоли на уровне -20 dBV.

При проектировании системы мы выбираем отдельные компоненты, которые имеют широкий динамический диапазон, и затем калибруем систему, чтобы достичь максимального соотношения сигнал/шум.

Пэт и Бренда Браун, SynAudCon.

Оригинал материала.

Обсуждение