Динамический диапазон

В процессе любой передачи уровень акустического си­гнала непрерывно изменяется, причем диапазон его из­менения может быть довольно широким. На рисунке 1.4, а 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). Поскольку уровень сигнала изменяется, как прави­ло, по случайному закону, то его интегральное распре­деление и среднее значение можно определить следую­щим образом.

Возьмем какой-либо уровень, например (рис. 1.4, а). Можно написать, что время, в тече­ние которого уровень сигнала будет не ниже , опре­делится суммой , где – временные интервалы действия сигнала.

 

Рисунок 1.4 – К определению динамического диапазона: а) уровнеграмма; б) построение интегрального распределе­ния по ней

Следователь­но, относительное время пребывания уровня сигнала над заданным равно , где – длительность всего участка сигнала (она должна быть достаточно большой: не менее 15с для речи и 1 мин для музыки). Если таким образом определить величину для раз­ных уровней, то можно построить кривую интегрально­го распределения уровней для данного сигнала. На рис. 1.4, б дано такое распределение для рассматриваемой уровнеграммы.

Установлено, что средние распределения, получен­ные для первичных музыкальных и речевых сигналов, по форме близки к нормальному распределению. Вве­дены понятия квазимаксимального и квазиминимального уровней сигнала и . Их определяют по относительному времени пребывания уровня сигнала над соответствующим уровнем. Для квазимаксимального уровня это время условились брать равным двум про­центам для музыкального сигнала и одному – для ре­чевого, а для квазиминимального – соответственно 98 и 99% (рис. 1.4, б). Выбор именно таких значений для и основан на том, что более краткие пи­ки и резкие минимумы сигнала практически не воспри­нимаются слухом. Разность между, квазимаксимальным и квазимини­мальным уровнями называют динамическим диапазо­ном

 

. (1.19)

 

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

речь диктора 25—36

телефонные разговоры 36—45

набольшие ансамбли 45—56

симфонический оркестр 66—76

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 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 [2].