Цифровая обработка звуковых сигналовК задачам звуковой техники относятся запись, хранение передача и воспроизведение сигналов, воспринимаемых людьми с помощью органов слуха. На практике чаще всего такими сигналами является обычная музыка. В отличие от задач цифровой обработки речевых сигналов, где основным требованием является разборчивость речи, при цифровой обработке звуков в большинстве случаев должны также учитываться критерии точности воспроизведения звуков, неизбежно имеющие субъективный характер, так как окончательное заключение о качестве звука составляется на основе восприятия сигналов слушателями. С момента своего возникновения звуковая техника находилась на стыке различных отраслей науки и пользовалась достижениями химии и физики, особенно таких областей, как электроника, магнетизм и акустика. Цифровая обработка сигналов, которая по своей сущности, видимо, более всего тяготеет к математике, является новейшей отраслью науки, вошедшей в “звуковое семейство”. Многие специалисты полагают, что это приведет к скачку в качественных характеристиках звуковых систем. Хотя методы цифровой обработки сигналов только начинают применяться в области звуковой техники, уже сейчас видны связанные с этим потенциальные возможности. Многие разработки в области цифровой звукотехники имеют целью замену слабых элементов цепи звукозаписи или звукопередачи. Примерами могут служить цифровые магнитофоны и цифровые системы передачи звуковых сигналов. Их создание привело к резкому улучшению качества воспроизведения звуков. На смену механическим реверберационным устройствам пришли цифровые электронные ревербераторы. Управление микшерным пультом также было переведено на цифровую технику, чтобы освободить звукооператора от трудной обязанности фактического регулирования сотен параметров в реальном масштабе времени. В лабораториях нашли применение совершенные методы для восстановления старых звукозаписей. Цифровая обработка применяется также в исследованиях, направленных на усовершенствование электроакустических преобразователей. В звуковоспроизводящей цепи громкоговоритель является одним из самых слабых и наименее исследованных звеньев. Он влияет на амплитудные, фазовые и пространственные характеристики получаемого звукового сигнала, а также обусловливает различного вида искажения сигналов. Цифровая обработка сигналов применяется для экспериментального определения физических характеристик акустических преобразователей, а также для оценки влияния этих характеристик на восприятие звука. Во всех подобных системах имеются общие блоки – аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи (АЦП и ЦАП). Любые искажения, вносимые на данном этапе обработки сигнала, могут существенно обесценить достоинства цифровой обработки. Характеристики преобразователей необходимо согласовывать с особенностями восприятия звуковых сигналов по ряду причин. Чрезмерно большая разрядность при квантовании отсчетов в АЦП достигается за счет больших экономических затрат, а из-за большой скорости поступления информации на последующих этапах может потребоваться слишком большое быстродействие. Искажения, определяемые приборами, не всегда замечаются на слух. Необходимо знать соотношение между физическими и электрическими характеристиками системы и кажущимся качеством звука. Вопрос усложняется также конструктивными проблемами, которые могут существенно повлиять на качество работы системы. Существуют различные способы преобразования, и выбор определяется назначением всей системы. Теория звуковых систем в большей мере должна опираться на психоакустические исследования, чем на теорию систем. Теория систем рассматривает пути решения задачи, а психоакустика в данном случае описывает характер желаемого результата. Экономические последствия неправильного выбора конечной цели могут оказаться очень печальными. Как правило, шумы 16-разрядного АЦП не воспринимаются ухом и не замечаются приборами, однако стоит этот преобразователь раз в 100 больше, чем 12-разрядный АЦП. Поэтому звуковая техника должна строиться с учетом особенностей и аппаратуры, и слуховой системы человека с тем, чтобы в итоге оптимизировать субъективные оценки качества звуковоспроизведения. Ниже будут подробно рассматрены конструктивные вопросы, поскольку преобразователи могут повлиять на характеристики системы гораздо сильнее, чем можно ожидать с первого взгляда. Особое внимание следует уделить скорости создания информации, поскольку ее понижение существенно сказывается на стоимости и сложности частей системы, связанных с хранением, передачей и обработкой информации.
Основные понятия и определения Таблица 2
Аналоговый опорный сигнал – это высокостабильный сигнал напряжения.
Для питания АЦП и ЦАП подводится два источника питания цифровое и аналоговое, т.к. работа цифровых систем идет в импульсном режиме – помеха импульсная, а аналоговое питание –это гладкое питание, поэтому при соединении, в питание пойдет помеха. У микросхемы две разных земли так как цепи земли у микросхемы от аналоговых и цифровых сигналов не должны соединятся. Сигнал стробирование показывает, что на входе схемы готово слово, т.е. на входе стоят данные. Команда преобразование дает состояние «готов», «не готов» слова на выходе. Преобразователь работает с однополярными или биполярными цифровыми кодами, к первым относят прямой или обратный двоичный код или двоично-десятичный код(4 бита на каждый десятичный разряд), ко вторым двоичный код со смещением(с плавающей запятой); код с дополнением до единицы; с дополнением до двух и код Грея(изменяется не более одного разряда).
Рисунок 2.1 Структурная схема ЦАП и АЦП
|
