Декодер dolby digital

Виды акустических систем

плане акустического оформления акустические системы можно условно разделить на следующие виды:

• открытый корпус или акустически разгруженное оформление (частично или полностью отсутствует задняя стенка корпуса колонки);
• корпус с лабиринтом для гашения волн, образуемых задней стенкой диффузора;
• закрытый корпус или акустически нагруженное оформление;
• корпус с фазоинвертором. Фазоинвертор  это труба определенной длины и сечения, вмонтированная в корпус. Фазоинвертор позволяет достичь нормального воспроизведения низких частот за счет того, что они многократно усиливаются в трубе фазоинвертора. Кроме того, фазоинвертор обеспечивает снижение избыточного давления в колонке;
• корпус с пассивным излучателем.

Кабели

абели бывают двух типов: акустические и межблочные. Акустические кабели используются для подключения акустики к усилителю, а межблочные служат для соединения различных устройств, например звуковой карты и усилителя. Основное назначение межблочного кабеля  без потерь передать сигнал до усилителя. Поскольку по межблочному кабелю протекают слабые токи, наибольшее значение имеет экранирование этого кабеля. Если кабель имеет плохую экранировку, то он будет подвержен разного рода помехам.

Акустический кабель передает уже усиленный сигнал до динамиков. В этом кабеле протекают сильные токи, поэтому значение имеет не только экранировка кабеля, но и его сечение. При протекании больших токов в тонком кабеле возникает потеря слабых токов и потеря части высоких частот. Кроме того, нередко возникает так называемый скин-эффект  эффект вытеснения токов на поверхность кабеля, которому наиболее подвержены высокочастотные токи. Скин-эффект может быть снижен за счет использования кабеля с тонкими жилами, а потери слабых токов  путем применения кабеля с большим количеством жил.

Для среднего класса акустических систем достаточно использовать межблочный кабель с хорошей экранировкой и акустический кабель OFC (бескислородная медь) сечением около 1,0 мм2 для колонок мощностью 20 Вт (на колонку) и сечением 1,5 мм2 для колонок мощностью до 50 Вт (на колонку).

Акустические системы

кустическая система (АС)  это устройство, предназначенное для преобразования электрических сигналов в акустические колебания. В подавляющем большинстве АС преобразование электрических сигналов в звуковые колебания осуществляется через электродинамические головки, принцип действия которых основан на явлении электромагнитной индукции.

Основная часть электродинамической головки  диффузор, который и создает звуковые волны. У диффузора электродинамической головки имеется две поверхности  передняя и задняя. Соответственно в процессе колебательного движения диффузора порождаются две звуковые волны, одна из которых исходит от его передней, а вторая  от его задней поверхности. Эти волны противофазны друг другу и в открытом пространстве частично гасят друг друга. Чтобы устранить данный эффект гашения, волну, излучаемую задней поверхностью диффузора, гасят посредством помещения электродинамической головки в закрытое пространство (в корпус акустической колонки).

Говоря о диффузоре, отметим, что для разных частот используются различные типы диффузоров. Так, для средних и низких частот применяют кевларовые диффузоры, а для высоких частот  шелковые.

Кроме диффузора, электродинамическая головка имеет также подвес, основная задача которого  возвращать диффузор в исходное состояние при его колебательном движении. Подвес должен быть достаточно жестким, чтобы быстро возвращать диффузор в исходное состояние, но в то же время довольно мягким, чтобы не препятствовать движению диффузора.

Немаловажное значение имеет и размер колонки, в которой размещается электродинамическая головка. В принципе, чем больше  тем лучше

В малом корпусе колонки создается избыточная упругость воздуха внутреннего объема, которая давит на диффузор с обратной стороны, вызывая снижение гибкости его подвеса. Особенно отрицательно это сказывается на низкочастотных динамиках.

Звук и его характеристики

вук как физическое явление представляет собой волновой процесс, то есть процесс распространения колебаний воздушной среды. Источником звука является любое колеблющееся тело, которое приводит в колебательное движение прилегающие к нему частицы упругой среды (воздуха), которые, в свою очередь, заставляют колебаться соседние частицы и т.д. Таким образом возникает процесс распространения колебаний частиц упругой среды, который и называют звуковой волной.

Одна из основных характеристик звука  это его частота, или количество звуковых колебаний в секунду. Частота измеряется в герцах (Гц). Например, частота звука 1000 Гц означает, что происходит 1000 колебаний упругой среды в секунду.

Особенность человеческого уха такова, что оно лучше всего воспринимает звуковые колебания в частотном диапазоне от 1 до 5 кГц. Нижние частоты человек дополнительно воспринимает телом, определяя громкость по оказываемому давлению. Считается, что человек способен воспринимать звук с частотой от 16 Гц.

Верхняя граница слышимого диапазона достаточно индивидуальна, но среднестатистические данные следующие: после тридцати лет верхний диапазон слышимости снижается до 18 кГц, а после сорока редко кто слышит частоты более 16-17 кГц.

Другой характеристикой звуковых волн является сила звука. Сила звука определяет поток звуковой энергии, который проходит каждую секунду через квадратный сантиметр условной плоскости, расположенной перпендикулярно направлению распространения волны. Сила звука описывает энергетические свойства самой волны и измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт/м2).

Кроме силы звука, часто используется и другая характеристика  звуковое давление. Звуковое давление  это максимальное изменение давления в воздухе при распространении звуковых волн по сравнению с давлением, существующем при отсутствии волн. Единица измерения звукового давления  один паскаль (Па).

Человек способен воспринимать только те звуковые волны, у которых сила звука не выходит за границы определенного диапазона, называемого динамическим диапазоном слуха. Нижняя граница этого диапазона называется порогом слышимости, то есть если сила звука звуковой волны оказывается ниже этого порога, то она не воспринимается человеческим ухом. За порог слышимости принимают силу звука, равную 10-12 Вт/м2, или 2×10-5 Па.

Верхняя граница динамического диапазона слуха называется болевым порогом. Если сила звука выше этого уровня, то человек ощущает боль в ушах. Болевому порогу соответствует сила звука, равная 10 Вт/м2.

На практике изменение силы звука принято выражать в белах и децибелах. Если I₁и I₂  начальное и конечное значения силы звука, то изменение уровня звука рассчитывают по формуле:

.

Минимальный перепад уровня звука, который способно воспринять человеческое ухо, как раз равен одному децибелу. В этом одна из главных причин введения такой системы измерения уровня звука. А весь динамический диапазон слуха составляет 130 дБ:

.

Хотя децибелы используются для измерения изменения физической величины, их можно также применять и для измерения абсолютного значения силы звука, приняв в качестве начального значения силы звука значение порога слышимости, то есть 10-12 Вт/м2. В этом случае значение силы звука в децибелах показывает, на сколько децибел данное значение силы звука превышает значение порога слышимости.

Таким образом, когда говорят, что уровень звука в колонках равен 100 децибелам, то подразумевают, что колонки работают на уровне, превышающем порог слышимости на 100 дБ.

Звуковое давление и сила звука находятся в квадратичной зависимости. Это значит, что:

.

В акустике силу звука принято связывать с его громкостью, однако громкость и сила звука  это не одно и то же. Громкость  это субъективное слуховое ощущение от звуковых волн, которое зависит не только от силы звука, но и от его частоты.

При неизменной частоте громкость звука растет с увеличением силы звука. Однако наше ощущение громкости во многом зависит от частоты звука. Мы гораздо лучше слышим на средних частотах, тогда как на низких и высоких чувствительность слуха притупляется. Нулевой уровень громкости звука соответствует силе звука 10-12 Вт/м2 при частоте 1 кГц.

На основании исследований человеческого слуха были построены графики, которые известны как кривые равной громкости. На них изображены линии (они расположены через 10 дБ на частоте 1000 Гц), которые соответствуют одинаково воспринимаемой громкости на разных частотах (рис. 1).

Рис. 1. Кривые равной громкости

Оцифровка и сжатие аудиофайлов

печатление, которое создается от прослушивания любой акустической системы, практически полностью зависит от качества исходного материала. Естественно, данное утверждение верно лишь для мультимедиасистем среднего класса и выше. Так, на дешевых пластиковых колонках трудно услышать разницу между mp3 192 Кбит/с и mp3 256 Кбит/с.

Вспомним, как происходит оцифровка звукового сигнала, то есть перевод аналогового сигнала в цифровую форму представления. Цифровой звук представляется в виде дискретных значений амплитуды. Оцифровка (преобразование аналогового сигнала в цифровой вид) включает дискретизацию сигнала по времени и квантование по амплитуде (рис. 2). Дискретизация  это получение значений амплитуды через определенный временной шаг. К примеру, для аудио-CD частота дискретизации составляет 44,1 кГц, то есть каждую секунду производится 44 100 отсчетов амплитуды сигнала.

Рис. 2. Принцип работы квантования и дискретизации

Квантование по амплитуде  это замена реальных значений амплитуды сигнала на приближенные с определенной точностью. Точность квантования сигнала определяется разрядностью используемого кодека. Для аудио-CD разрядность составляет 16 бит, что позволяет задать 216=65 536 различных уровней амплитуды.

Понятно, что чем выше частота дискретизации сигнала и чем больше разрядность кодека, тем в большей степени исходный аналоговый сигнал будет соответствовать своему цифровому представлению.

В математике доказывается (теорема Котельникова Найквиста), что для однозначного соответствия между аналоговым сигналом и его оцифрованным представлением необходимо, чтобы частота дискретизации была в два раза больше максимальной частоты аналогового сигнала. Таким образом, чтобы получить полную информацию об оригинальном аналоговом сигнале в частотном диапазоне от 0 до 22 050 Гц (в слышимом диапазоне частот), необходимо дискретизовать сигнал с частотой не менее 44,1 кГц.

Значения отсчетов, получаемых при дискретизации и квантовании сигнала, записываютcя в файл PCM (Pulse Code Modulation) в виде набора последовательных значений амплитуды. Понятно, что чем выше частота дискретизации и чем больше разрядность кодека, тем больше будет и размер получаемого файла после оцифровки сигнала. Так, при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрядности кодека 16 бит в стереорежиме один час звукового файла имеет размер приблизительно 635 Мбайт. Отметим, что стандартным типом файлов для хранения оцифрованной несжатой аудиоинформации на данный момент является формат WAV.

Представление сигнала в виде PCM-файла слишком расточительно и требует довольно много места на диске. Поэтому для экономии места звуковой сигнал сжимают. Сжатие может быть двух видов: с потерями качества и без потерь.

Сжатие данных без потерь  это способ кодирования аудиоинформации, который позволяет осуществлять стопроцентное восстановление данных. К такому способу уплотнения данных прибегают в тех случаях, когда необходимо именно стопроцентное сохранение оригинального качества звучания аудиоданных. Например, после сведения звука в студии звукозаписи данные необходимо сохранить в архиве в оригинальном качестве для их возможного последующего использования. Существующие сегодня алгоритмы сжатия без потерь (например, алгоритм, реализованный в кодеках Monkeys Audio, Flac, WavPack, TTA, OptimFrog и других) позволяют сократить занимаемый данными объем на 20-50% при обеспечении стопроцентного восстановления оригинальных данных из полученных после сжатия.

Сжатие данных с потерями используется для достижения минимального размера получаемого файла. Это достигается за счет удаления из оригинала слабослышимых деталей и обрезания частотного диапазона.

После такого преобразования декодированный сигнал при воспроизведении по звучанию похож на оригинал, однако полного соответствия между оригиналом и его преобразованной копией нет.

Методы сжатия с потерями позволяют уменьшить размер оригинала в 7-14 раз. Понятно, что чем выше степень сжатия, тем меньшее соответствие получается между оригиналом и получаемым аудиофайлом.

Методов сжатия с потерями существует достаточно много. Наиболее известные из них  MPEG-1 Layer 3 (официальное название всем известного mp3), MPEG-2/4 AAC (MPEG-2 и MPEG-4 Advanced Audio Coding), Ogg Vorbis (OGG), Windows Media Audio (WMA), MusePaсk (MPC) и др.

Декодирование аудиосигнала

екодирование аудиосигнала  это процесс преобразования исходного сжатого файла в формат, понятный для звуковых карт. Декодирование требуется только для сжатых форматов, поскольку несжатый поток и так понятен для звуковых карт. Разница при прослушивании того или иного плеера заметна лишь при прослушивании файла, сжатого кодеком с потерями, поскольку каждый плеер имеет собственный алгоритм декодирования.

После декодирования сигнал попадает на звуковую карту, включающую аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и midi-синтезатор. Для прослушивания музыки наиболее важен ЦАП  чем он качественнее, тем выше качество получаемого звука. Поэтому, если у вас довольно хорошая акустика, то интегрированную звуковую карту лучше поменять на высококачественную, например на Terratec Aureon Space/Sky, Audiotrack ProDigy 7.1 или даже на Creative Live 24 bit 7.1. Можно, конечно, использовать и более дорогие звуковые карты, однако на мультимедиаакустике будет сложно прочувствовать разницу между ними и тем же ProDigy 7.1.