Современная техника записи аудиоинформации достигла высокого уровня. Тем не менее, улучшение ее качественных показателей остается актуальной задачей. С одной стороны, это вызвано дальнейшим ростом требований к верности воспроизведения аудиоинформации в условиях постоянного усложнения технологии записи и передачи (многократная перезапись, использование каналов радиовещания и связи и т.п.). Сигнал подвергается многократной обработке и для снижения суммарных искажений и помех влияние каждого звена должно быть достаточно малым. С другой стороны на это оказывают влияние экономические соображения, в частности, стремление к повышению плотности записи (применительно к магнитной записи – уменьшение скорости ленты и ширины дорожки записи).
Следует отметить, что такой важный параметр, как отношение сигнал/шум при повышении плотности записи ухудшается в большей степени, чем другие параметры (нелинейные искажения, детонация и т.д.). Компенсировать это ухудшение традиционными методами (такими, как применение малошумящих усилителей и носителей аудиоинформации) полностью не удается, тем более, что для таких носителей, как магнитная лента, в настоящее время почти достигнут теоретически возможный предел снижения уровня шума. Решению этой задачи в большой степени способствует применение шумоподавителей.
5 Настроек телевизора, наносящие вред качеству изображения | ABOUT TECH
Все известные устройства шумоподавления можно отнести к двум группам. К первой относятся устройства однократного воздействия, работающие лишь при воспроизведении. Ко второй – основанные на двукратной обработке сигнала (соответственно при записи и воспроизведении). Шумоподавители первой группы, как правило, проще, но их работа принципиально связана с подавлением части информации, содержащейся в сигнале. Шумоподавители второй группы, наиболее известными представителями которых являются шумоподавители Dolby, дают возможность полностью восстановить исходный сигнал, но они значительно сложнее по структуре и схемотехнике.
Шумоподавитель DNL (от англ. – Dynamic Noise Limiter – динамический ограничитель шума), предложенный голландской фирмой «Philips», основан на принципе так называемой динамической фильтрации сигнала.
Рассмотрим некоторые функциональные схемы динамических шумоподавителей.
3.5.1. Функциональная схема и принцип работы шумоподавителя фирмы «Philips». В шумоподавителе фирмы “Philips”, изображенном на рис.1.14, входной сигнал поступает на фазорасщепитель, представляющий собой каскад с разделенной нагрузкой.
 |
На его выходе образуются сигналы, сдвинутые по фазе относительно друг друга на 180° и равные по амплитуде между собой. Один из сигналов поступает в канал обработки, где с помощью ФВЧ выделяются ВЧ – составляющие (выше 4,5 кГц). Эти ВЧ-составляющие дополнительно усиливаются и подаются на каскад АРУ, коэффициент передачи которого определяется уровнем входного сигнала. После ослабления в делителе выходные сигналы схемы АРУ по величине делаются равными сигналам основного (нижнего) канала и подаются на выходной сумматор.
Как настроить цветность в телевизоре Haier?
Сигналы основной части спектра (НЧ и СЧ) не проходят через ФВЧ канала обработки. Поэтому для них U 2 = 0, на выходной сумматор поступает только один основной сигнал U 1, модуль которого равен | U вх|. Соответственно | U вых| = | U вх|, и схема не оказывает влияния на проходящие сигналы НЧ и СЧ.
Для ВЧ ФВЧ канала обработки прозрачен и коэффициент передачи всей схемы зависит от уровня U вх. Эта зависимость определяется амплитудными характеристиками управляющего звена АРУ (рис.1.15).
 |
Так как напряжение U 2 складывается в сумматоре с напряжением U 1 в противофазе, то результирующая амплитудная характеристика на ВЧ имеет вид, представленный на рис.1.15, в.
 |
Из рис.1.15 видно, что для ВЧ сигналов малого уровня коэффициент уменьшается, что и вызывает эффект подавления шумов. В начальном участке характеристики (до установленного порога срабатывания U 0) можно достичь полной компенсации противофазных составляющих U 1 и U 2, т.е. получить U ВЫХ = 0. Канал прохождения ВЧ сигналов малого уровня запирается. Напряжение U 0, соответствующее входному сигналу, при котором начинает эффективно действовать шумоподавление, обычно выбирается на 38 – 40 дБ ниже номинального значения, что примерно соответствует нижней границе динамического диапазона записываемых сигналов.
Недостатком схемы является то, что сигналы основного канала и канала обработки проходят на сумматор существенно различными путями, благодаря чему исходный сдвиг фаз между ними на 180°, введенный фазорасщепителем, нарушается, поэтому не удается достичь эффекта полного подавления шумов в сумматоре.
3.5.2. Функциональная схема и принцип работы шумоподавителя АМФ «Весна». На рис.1.16 показана функциональная схема динамического шумоподавителя, использованного в АМФ «Весна-М205». Это схема свободна от недостатков описанной ранее схемы.
Входные сигналы U ВХ= U 1, подаются на фазорасщепитель ФР, на выходах которого образуются два сдвинутых по фазе на 180° сигнала U 2= U 1 и U 3= — U 1. Сигнал U 2 (сигнал основного канала) сразу поступает на выходной сумматор S, а сигнал дополнительного канала U 3 идет на S через ФВЧ2, на выходе которого мы имеем сигнал U 4.
Одновременно сигнал U 3 подается через ФВЧ1 на блок регулирования, состоящий из ключевого каскада КК, усилителя УС и детектора Д.
На НЧ и СЧ ФВЧ1 и ФВЧ2 непрозрачны, т.е. U 4 и U 5 равны 0. Поэтому независимо от величины U ВХ= U 1 имеем U ВЫХ= U 2= U 1. Коэффициент передачи схемы во всем динамическом диапазоне входных сигналов равен единице, канал регулирования не работает, шумы не подавляются.
На рис.1.17 представлены зависимости характерных сигналов шумоподавителя, использованного в магнитофоне «Весна» для ВЧ.
На ВЧ (f > 4,5 кГц) прохождение сигнала на выход зависит от уровня сигнала. При малых и стремящихся к нулю значениях ВЧ U 1 ФВЧ1 и ФВЧ2 прозрачны. Можно считать, что U 4= U 3 и U 5= U 3. Сигнал U 5 усиливается УС, детектируется Д и преобразуется в сигнал постоянного тока U УПР. Этот сигнал подается на ключевой каскад КК, выполняющий функцию управляемого сопротивления: R КК»¥ при U УПРU ВКЛ, R КК»0 при U УПР>> U ВКЛ, R КК» R РАБ при U УПР» U ВКЛ.
Поскольку, как уже было указано U 1®0, то U УПРU ВКЛ. Соответственно R КК»¥ и КК не оказывает влияние на сигнал U 5 и, соответственно, на сигнал U 3.
Связь между сигналами U 3 и U 5 осуществляется через ФВЧ1, который на ВЧ имеет коэффициент передачи 1, т.е. U 3= U 5.
Соответственно полученный из U 3 сигнал U 4, противофазный U 2, поступает на S. Здесь U 4 и U 2 компенсируют друг друга.
ВЧ сигналы низкого уровня, которые с высокой степенью вероятности представляют из себя шумы, на выход схемы не проходят. Происходит процесс шумоподавления.
При увеличении уровня входных ВЧ сигналов и достижении ими некоторого значения U 1* включается в действие канал регулирования; U 1* проходит ФР и дает U 3*. На выходе ФВЧ1 получается U 5*.
Усиленное и продетектированное значение U 5* дает U УПР» U ВКЛ. Соответственно КК выходит из разомкнутого состояния и его сопротивление становится равным R РАБ; R РАБ ¹ const, при изменениях U УПР вблизи U ВКЛ, R РАБ= f (U УПР). Появляется делитель сигнала U 3, образованный выходным сопротивлением ФР R и подключенным к нему через ФВЧ1 сопротивлением R КК= R РАБ. При дальнейшем увеличении U 1 U 3 практически перестает расти, т.к. попытка увеличения U 3 приводит к росту U 5, соответственно росту U УПР, уменьшению R КК.
Коэффициент передачи делителя R КК/(R + R КК) уменьшается и фактически U 3 остается неизменным и равным U 3*. В случае, если коэффициент передачи усилителя УС К УС® ¥, U 3= U 3*=const при U 1> U 1*. Реально, К УС ¹ ¥, и поэтому с ростом U 1, U 3 незначительно увеличивается.
На выходе ФВЧ2 U 4= U 3= U 3*=const, соответственно U ВЫХ= U 2– U 4= U 1– U 3* = U 1 – const. На выходе сумматора появляется сигнал, линейно связанный с входным. Шумоподавление для высокого уровня ВЧ сигналов U ВХ не производится.
Источник: studopedia.su
Нежелательные звуки: история технологии шумоподавления
В 1978 году правительство США обратилось к компании, специализирующейся на звуке, с необычным предложением: требовалось разработать особую технологию, которая позволяла бы пилотам самолетов и астронавтам NASA беспрепятственно общаться с наземными командами и другими пилотами, и при этом не слышать на фоне громкий рев реактивных или ракетных двигателей. Появившаяся в результате разработка нашла применение не только в авиации и космонавтике; с 1986 года она стала применяться в шлемофонах у военных, а затем и в продуктах массового потребления.
Сегодня эта технология, известная как система шумоподавления, используется в различных наушниках различных конструкций. Благодаря ей люди могут слушать музыку, подкасты и другой контент, не отвлекаясь на посторонние звуки и нежелательные внешние шумы.
Возможности звуковых волн
Даже обычные наушники в какой-то степени снижают уровень внешнего шума, но абсолютной блокировки с такими устройствами можно достичь только, закрыв полностью уши. Чтобы лучше понимать процесс улавливания и фильтрации звуков, который является ключевым для технологии шумоподавления, необходимо сначала разобраться в том, как работают звуковые волны, и как они передаются в ухо.
Звуковые волны создаются механическими колебаниями, которые распространяются в пространстве и улавливаются ухом. Как известно, в космосе мы не можем слышать звук, и причина тому – отсутствие воздуха, который служит средой для распространения звуковых волн, когда мы разговариваем.
Механизмы шумоподавления используют уникальные характеристики звуковых волн и той среды, по которой они распространяются. Существует два подхода: первый называется активным шумоподавлением (Active Noise Canceling, ANC), когда устройство создает собственные похожие на внешний шум звуковые волны, компенсирующие нежелательные звуки. Второй подход – пассивное шумоподавление (Passive Noise Canceling, PNC) – наушники блокируют попадание внешнего шума в ухо, ограничивая среду, через которую распространяются и доставляются звуковые волны.
Считается, что самый эффективный инструмент для огранки алмаза – это другой алмаз. Точно так же и звуковые волны можно компенсировать или даже полностью подавлять другими звуковыми волнами. Как и морские волны, звуковые имеют пики (самая высокая точка) и впадины (самая низкая точка). Когда звуковые волны с одинаковым расстоянием от пика до впадины приходят с разных направлений и сталкиваются друг с другом, соответствующие пики и впадины сталкиваются, при этом результирующая звуковая волна практически исчезает.
Системы активного шумоподавления используют этот принцип интерференции для подавления нежелательных звуков еще до того, как они достигнут ваших ушей. Звуки извне собираются через направленный вовне микрофон, установленный внутри наушника. Устройство использует собственные схемы для анализа этих звуков, а затем воспроизводит их для создания звуковых волн, которые похожи на внешние шумы, но в «перевернутом» виде, в противофазе. Благодаря этому процессу наушники гасят нежелательные звуковые волны, прежде чем они достигнут ваших ушей.
Поскольку системы активного шумоподавления используют собранный звук и реагирует на него, опираясь на анализ этого внешнего шума, процесс шумоподавления осуществляется постоянно и непрерывно. Если наушник улавливает звук, похожий на шум, который он проанализировал ранее, в нужное время будет генерироваться «отзеркалированная» волна, что позволит устраняющая нежелательный шум. Вот почему эта технология компенсации шумов очень эффективна в местах с постоянным фоновым шумом, например, в самолете или загруженном метро. С другой стороны, активные системы шумоподавления могут быть менее эффективными в случаях, когда внешние звуки случайны и их труднее предсказать.
Системы активного шумоподавления более эффективно подавляют звуки низких частот, чем звуки высокого тона. Системе требуется время для анализа внешних шумов, и эта потенциальная временная задержка может повлиять на то, насколько хорошо она компенсирует внешний звук и сколько внешнего шума будет слышать пользователь. Другими словами, нежелательные внешние звуки могут появляться быстрее, чем система шумоподавления сможет их подавить. В случае басов, то есть звуков низкой частоты, которые имеют относительно большую длину волны, промежуток между гребнем и впадиной тоже большой, поэтому небольшое отставание во времени смещения не повлияет на качество шумоподавления. Однако звуки высокого тона с короткими длинами волн имеют более короткий промежуток между гребнем и впадиной, а это означает, что даже небольшая задержка может затруднить правильное сопоставление сигналов системой активного шумоподавления, что приведет к снижению производительности шумоподавления».
Пассивное шумоподавление
Когда мы слышим звук, который нам неприятен, мы в большинстве случаев закрываем уши руками, потому что это самый простой способ заглушить шум. Звуковые волны достигают ушей, распространяясь по воздуху, и звук не может должным образом проникнуть в ухо, если на его пути возникают препятствия. Это также объясняет, почему сложно разговаривать под водой, ведь она является препятствием между источником звука и ушами человека.
По сути, в этом и заключается принцип работы пассивного шумоподавления. Наушники с поддержкой пассивного шумоподавления предназначены для физического блокирования шума, закрывая ухо от окружающей среды или используя пористый материал, поглощающий звук. Наушники с накладками, закрывающими все ухо, и наушники-вкладыши, полностью закрывающие вход в ухо, являются одними из лучших примеров технологии пассивного шумоподавления.
В отличие от систем активного шумоподавления, где необходимы микрофоны и схемы, анализирующие звуковые волны для компенсации нежелательных шумов, наушники с пассивным шумоподавлением довольно просты в изготовлении, что делает их дешевле, чем устройства с активным шумоподавлением. Более того, если наушники с пассивным шумоподавлением идеально совпадают с формой вашего уха, они могут почти полностью блокировать внешние шумы, что делает их более эффективными на практике. Однако, поскольку подобные модели вставляются прямо в ушной канал, некоторые пользователи находят такие наушники неудобными в использовании.
Безопасность превыше всего
В конечном итоге, когда дело доходит до удаления лишних звуков и шумов, значение имеет не только выбранный метод шумоподавления, но и форма самих наушников. До сих пор большинство наушников с шумоподавлением имели канальный тип, так как при такой форме звук приходит прямо в ухо по сравнению с наушниками открытого типа, которые оставляют больше места вокруг уха и, следовательно, менее эффективны при шумоподавлении. Наушники открытого типа редко оснащались технологиями шумоподавления, но, представив Galaxy Buds Live, Samsung расширила возможности для пользователей, применив технологию активного шумоподавления (ANC) в беспроводных наушников открытого типа.
Несмотря на то, что технологии шумоподавления позволяют полностью погрузиться в музыку или лучше сосредоточиться на аудиокниге, они также могут представлять опасность, если полностью изолируют все происходящее вокруг. При ношении наушников с технологией шумоподавления трудно распознать опасную ситуацию, поскольку такие устройства блокируют все окружающие звуки. Громкость внутри наушников может достигать значения 70-80 дБ SPL 1 , что сопоставимо со звуковым давлением при работе автомобильного звукового сигнала, но поскольку звук из наушников намного ближе к пользователю, он может просто не услышать внешние шумы. Вдобавок к этому, использование технологии активного шумоподавления дополнительно снижает внешний шум примерно на 30 дБ, сохраняя при этом звук в наушниках на уровне от 70 до 80 дБ SPL, что еще больше затрудняет нашу способность распознать опасность на слух.
Слушая музыку в наушниках с шумоподавлением, пользователи должны заботиться о собственной безопасности. Для прослушивания в помещении наушники с эффективным шумоподавлением – отличный выбор. Однако во время занятий на свежем воздухе, например, на пробежке, следует всегда помнить о своем окружении и выбирать наушники с разумным уровнем шумоподавления, позволяющим оставаться в курсе происходящего вокруг.
Модель Galaxy Buds Live оснащена функцией активного шумоподавления (ANC) для открытого типа наушников, позволяющей приглушать отвлекающие звуки, например, от проезжающих автомобилей и громких бытовых приборов, и при этом сохранять ясную слышимость важных объявлений и разговоров.
1 Децибел (дБ) – это изначально относительная единица измерения, представляющая разницу между уровнем базового измерения и сравниваемой величиной. В контексте звука величина в 0 дБ определяется как самый низкий уровень звука, который может слышать человек, и используется в качестве абсолютной меры (dB spl = дБ + уровень звукового давления (sound pressure level, «spl»)). Другими словами, дБ может использоваться как для выражения разницы между громкостью разговаривающих людей и громкостью звука автомобильного сигнала, так и для выражения абсолютного значения громкости звука автомобильного сигнала, но последнем случае просто опускают обозначение «spl».
Источник: news.samsung.com
Великий маркетинговый обман? Почему шумоподавление в наушниках – это миф
Любой здравомыслящий человек понимает, что реклама врет. Любая и всегда. Полтора века назад «патентованныя парижскiя капли для леченiя ипохондрiи» не лечили абсолютно ничего, а возможно, еще и немножечко вредили. Сегодняшний «уникальный собачий корм с кусочками утиной печени» не содержит ни единого фрагмента настоящей утки, за исключением случайно залетевших перьев (скорее всего, куриных). И с рекламой современных hi-tech-гаджетов происходит ровно то же самое.
О великих обманах – в колонке нашего обозревателя Николая Гринько.
Вспомните, сколько раз вам говорили, что смартфон нового поколения «делает идеальные фотографии!», и все равно ровно через год появляется следующий, у которого «камера еще лучше». Отдельного внимания в этом вопросе заслуживают наушники – за последнее десятилетие этих гаджетов появилось столько, что разбегаются и глаза, и уши.
Маркетологи всех мастей слаженным хором поют дифирамбы новейшим системам шумоподавления . Эксперты различного масштаба проводят тесты наушников и рассказывают, как здорово они отсекают окружающий шум. Рекламные ролики показывают, как измученный пользователь надевает такие наушники в грохочущем метро или посреди океанского шторма и вдруг оказывается в мире кристальной тишины и волшебных звуков чарующей музыки студийного качества.
Сначала необходимо разобраться в том, как же работают системы активного шумоподавления. Для снижения уровня нежелательных звуков они используют эффект противофазы. Каждый такой наушник оборудован динамиком, собственным чипом и микрофоном. Микрофон улавливает окружающие звуки и отправляет их в слуховой канал, но перед этим чип обрабатывает их, инвертировав фазу.
Все мы помним, что звук – это волна, и на экране компьютера он чаще всего выглядит, как извилистая линия, синусоида. Если перевернуть эту синусоиду «вверх ногами», то в том месте, где у нее выступающий «горб», появится «ямка». Это и есть инвертирование фазы. Самое интересное, что если сложить два сигнала – обычный и инвертированный, то они взаимно уничтожат друг друга, дав на выходе тишину.
Но так происходит только в идеальных, лабораторных условиях. В реальности на пути этого процесса возникает столько преград, что результат чаще всего получается очень далеким от идеала. Может быть, ввсы знаете, как выглядят студийные микрофоны: они довольно крупные и тяжелые. Такие размеры и масса нужны для того, чтобы микрофон воспринимал как можно больший частотный диапазон, от самых низких до самых высоких звуков.
А теперь вспомните, какого размера бывают потребительские наушники, особенно «вкладыши», за миниатюризацию которых сейчас активно бьются производители.
Даже если представить, что противофаза действительно сработает на все сто, она сможет приглушить только эти самые среднечастотные звуки, но самые низкие и самые высокие частоты останутся нетронутыми. Для того чтобы система могла эффективно улавливать большинство звуков хотя бы в воспринимаемом человеком диапазоне, каждый наушник должен быть размером с мужской ботинок – только так в корпус можно будет поместить чувствительный микрофон, систему обработки, высококачественный динамик и аккумулятор, способный все это питать.
Но и это еще не все. Производители наушников стыдливо умалчивают о том, что далеко не все окружающие звуки проникают к барабанным перепонкам через ушные раковины. Наше тело – тоже проводник звука, пусть и не очень хороший. Огромная часть шумов проникает в нас через кости черепа, и это как раз в основном звуки низкого частотного диапазона.
Как бы прекрасно ни работал шумодав, он ничего не сможет сделать со звуками, воздействующими на перепонку с обратной стороны. Да, они намного тише, но они все равно есть.
Есть и другие причины, почему шумоподавление не работает так, как хотят маркетологи. Например, для того чтобы гарантированно заглушить звук, нужно, чтобы инвертированный сигнал поступал абсолютно синхронно, что называется, «момент-в-момент». Но достичь этого ни одна система не способна – время тратится на запись, обработку и воспроизведение сигнала. Кроме того, не учитываются возникающие гармоники и резонансы, которые система не в состоянии отследить.
Удивительно, что большинство пользователей не понимают, что шумодав не работает так, как заявлено. А для немногих недовольных у производителей всегда есть железобетонная отмазка: они списывают это на индивидуальные особенности некоторых пользователей и даже заверяют, что таких людей до 10 процентов. Вы слышите окружающий шум? Так это же прекрасно!
Вы – редкий счастливчик со слишком хорошим слухом! И все счастливы.
Источник: www.m24.ru