Аудиотехника (стр. 2 )

Рисунок 1.6 — Нарастание и спад слуховых ощущений

Время, в течение которого ощущение по уровню громкости уменьшается на 8…10 фон (см. п. 1.4), называется постоянной времени слуха. Если к слушателю приходят два коротких звуковых импульса, одинаковых по частотному составу и уровню, но один из них запаздывает, то они будут восприниматься слитно при запаздывании, не превышающем 50 миллисекунд. При больших интервалах запаздывания импульсы воспринимаются раздельно, возникает эхо. Эта особенность слуха учитывается при конструировании таких приборов обработки аудиосигналов, как электронных линий задержки, ревербераторов и др.

Благодаря инерционным свойствам слуха ощущение громкости звукового импульса зависит не только от его уровня, но и от продолжительности воздействия на ухо. Кратковременный звук, длящийся 10…12 мс, воспринимается ухом тише, чем звук такой же по уровню, но воздействующий на слух в течение 150…400 мс (рис. 1.7).

Рисунок 1.7 — Слуховое восприятие разных

по длительности импульсов

Таким образом, при прослушивании звукового произведения громкость является результатом усреднения энергии звуковой волны в течение некоторого временного интервала. Кроме того, слух человека при восприятии нелинейных искажений не ощущает таковых, если продолжительность звукового импульса меньше 10…20 мс. По этим причинам в индикаторах уровня звукозаписывающей аппаратуры осуществляется усреднение мгновенных значений сигнала за промежуток, выбираемый в соответствии с постоянной времени слуха: 200 мс — для измерителей уровня средних значений, 5 мс — для квазипиковых измерителей уровня [2, 3].

1.4 Субъективные характеристики звуковых сигналов

В реальной жизни редко встречаются звуки, спектр которых состоит из единственной гармоники, поэтому звук характеризуют не частотой, а высотой тона. Тон — это сигнал определенной высоты, имеющий дискретный спектр. Из-за нелинейности слуха высота звука также зависит от его интенсивности (звуки при больших уровнях интенсивности кажутся ниже, чем слабые).

Масштаб восприятия звука по частоте близок к логарифмическому закону, и поэтому увеличение частоты колебаний вдвое (независимо от начальной частоты) воспринимается как одинаковое изменение тона. Интервал высоты, соответствующий изменению частоты в два раза, называется октавой.

Важной характеристикой звука является тембр. Любой слышимый звук можно представить сочетанием гармонических волн разных частот и амплитуд, соотношение которых и определяет тембр звука. Способность слуха различать его позволяет воспринимать сигналы с большим разнообразием оттенков. Тембр, являясь субъективным отображением сложности воспринимаемого звучания, не имеет количественной оценки и характеризуется терминами качественного порядка. При передаче аудиосигнала по электрическим цепям возникающие искажения в первую очередь влияют на тембр. Таким образом, условием правильной передачи тембра является неискаженная передача спектра сигнала.

Громкость звучания звукового сигнала зависит не только от его интенсивности, но и от того, в какой части спектра расположен этот сигнал. Поэтому введено понятие уровня громкости в фонах для обозначения звуков одинаковой громкости [1]. За уровень громкости в фонах принимают уровень звукового давления в децибелах такой же громкости чистого тона частотой 1 кГц (для этой частоты уровни громкости в фонах и децибелах совпадают). На рисунке 1.8 приведены кривые равной громкости.

Рисунок 1.8 — Стандартные кривые равной громкости

1.5 Эффект маскировки

Субъективная оценка громкости зависит от условий, в которых звук воспринимается слушателем. В реальных условиях акустический сигнал не существует в абсолютной тишине. Одновременно с ним на слух воздействуют посторонние шумы, затрудняющие звуковое восприятие и маскирующие основной сигнал. То есть порог слышимости для приема слабого сигнала в условиях шума и помех возрастает. Эффект маскировки чистого синусоидального тона посторонним шумом оценивается величиной, указывающей, на сколько децибел повышается порог слышимости маскируемого сигнала над порогом его восприятия в тишине (1.12).

, (1.12)

где — уровень порога слышимости в тишине;

— уровень порога слышимости при шуме.

Тон любой частоты маскируется более низкими тонами значительно эффективнее, чем более высокими (несимметричность кривой а) на рис. 1.9).

Если одновременно существуют два сложных звуковых сигнала, состоящих из определенных спектров звуковых частот, то возникает эффект взаимной маскировки. Причем эффект маскировки будет наиболее сильным, если основная энергия обоих сигналов лежит в одной и той же области диапазона звуковых частот.

Рисунок 1.9 — Кривые порога слышимости при маскировке:

а — чистым тоном частотой 1 кГц; б — белым шумом

Маскировка влияет на качество передачи аудиосигнала. Четкое восприятие звука возможно, если его интенсивность существенно превышает уровень составляющих помех, находящихся в той же полосе, что и принимаемый звук. При помехе с равномерным спектром превышение сигнала должно быть 10…15 дБ. Эта особенность слухового восприятия находит практическое применение при оценке электроакустических характеристик носителей. Так, если отношение «сигнал/шум» аналоговой грампластинки 60 дБ, то динамический диапазон записанной программы может быть не более 45…50 дБ.

1.6 Стереофонический эффект

Источник звука локализуется по направлению (углы q и j) и расстоянию (l), что дает три координаты в пространстве (рис. 1.10).

Рисунок 1.10 — Локализация источника звука

в трехмерном пространстве

При восприятии одним ухом (моноуральное слушание) можно оценить расстояние до источника звука. При этом человек инстинктивно руководствуется громкостью звука, так как в большинстве случаев он догадывается о звуковой мощности источника. Направление на источник звука при моноуральном слушании определяется благодаря строению ушной раковины, формирующему однонаправленную диаграмму слухового восприятия. Особенно хорошо эта способность проявляется на частотах выше 2 кГц.

В случае слушания двумя ушами (бинауральное слушание) исходящие из источника звуковые волны при достижении ушей различаются по времени прихода, по интенсивности и по спектральному составу [4, 5]. Эти различия позволяют достаточно точно определить направление на источник звука (угол j).

Разница во времени объясняется различной длиной пути, который звуковая волна проходит от источника звука к левому и правому уху (рис. 1.11), огибая голову благодаря явлению дифракции.

Рисунок 1.11 — Разность хода лучей между

левым и правым ушами

Разность длины пути определится следующим выражением [4, 5]:

, (1.13)

где R — радиус головы (в среднем см);

j — угол между направлением прихода звуковой волны и осью симметрии головы.

Временная разница между приходом звуковой волны к ушам:

, (1.14)

где CЗВ — скорость звука в среде (для нормальных условий м/с).

Зависимость различия времени прихода звуковых волн от угла расположения источника звука показана на графике (рис. 1.12).

Рисунок 1.12 — Зависимость задержки от направления

на источник звука

Определение направления по временной задержке (сдвигу фаз) синусоидальных сигналов между ушами дает наилучшие результаты (точность локализации около 3°) на частотах 300…1200 Гц. На более высоких частотах эффект локализации источника по фазовому сдвигу исчезает по двум причинам:

1)  высокочастотные звуковые волны (с короткой длиной волны) хуже огибают голову, создавая со стороны дальнего уха акустическую тень;

2)  на частотах выше 800 Гц временное запаздывание превышает половину периода синусоидальной волны и возникает неясность в фазовых соотношениях колебаний, действующих на правое и левое уши.

Различие в интенсивности звуков, поступающих в уши, вызывается формой головы и ушных раковин. Голова представляет собой экран, и ее воздействие добавляется к эффекту направленности ушных раковин. Оба этих воздействия сказываются на волнах, длина которых соизмерима с размерами головы, то есть они четко выражены на частотах выше 800 Гц.

Наибольшая острота локализации достигается при восприятии сложных звуков и звуковых импульсов, когда, кроме рассмотренных выше причин, сказывается еще и спектральный фактор. Если звук содержит как низкочастотные, так и высокочастотные составляющие, то в спектре звука, действующего на дальнее ухо, высокочастотных составляющих будет меньше, так как на этих частотах сказывается экранирующее действие головы. Кроме того, сами ушные раковины производят сложную частотную фильтрацию звука.

Таким образом, анализ способности к локализации в горизонтальной плоскости при бинауральном слушании [4, 5] показал:

1. На частотах ниже 800 Гц направление на источник звука определяется в основном благодаря сдвигу фаз между достигающими ушей волнами; а на частотах выше 800 Гц направление определяется преимущественно по разнице интенсивности.

2. Точность локализации сигналов со сложным спектром существенно выше, чем однотональных сигналов.

3. Наименьший ощутимый угол отклонения источника при восприятии звуковых импульсов составляет около 3° (эту величину следует считать угловой разрешающей способностью слуха), однако при определении направления слух совершает ошибку в среднем на 12°.

Способность определять направление прихода звука в вертикальной плоскости (угол q) у человека развита слабее, чем в горизонтальной. Она составляет 10°–15° и связана с ориентацией и формой ушных раковин.

Оценка расстояния l до источника звука (глубинная локализация) возможна благодаря следующим факторам:

1. Уменьшению уровня звукового давления с расстоянием. Источник можно считать точечным и звуковые волны вокруг него — сферическими. В сферической волне площадь поверхности увеличивается пропорционально квадрату расстояния, и соответственно давление падает обратно пропорционально расстоянию, то есть на 6 дБ при каждом удвоении расстояния.

2. При больших расстояниях (больше 15 м) начинает сказываться затухание, зависящее от длины пути, пройденного звуковой волной. При этом высокочастотные составляющие затухают быстрее, и спектральный состав сигнала при удалении источника меняется.

Таким образом, при изменении расстояния до источника меняется одновременно громкость и тембр, что и служит различительными признаками.

Точность глубинной локализации звукового источника не очень велика, при смещении широкополосного звукового источника от 50 до 150 см ошибки составляют 15–30%. Однако в закрытом реверберирующем помещении точность глубинной локализации значительно повышается. При перемещении звукового источника в таком помещении по глубине меняется отношение энергии прямого звука к энергии отраженного (реверберационного) звука, а также изменяется разность по времени между прямым звуком и приходом первых отражений, что помогает точнее определить расстояние до источника.

2 ЗВУКОВЫЕ СИСТЕМЫ

2.1 Основные показатели звуковых систем,
определяющие качество их звучания

Звуковая система есть совокупность устройств, необходимых для формирования, передачи и воспроизведения звуковых сигналов в естественной форме. Звуковые системы должны обеспечивать наиболее полную передачу всего комплекса ощущений, свойственных естественному слушанию [6]:

-  пространственного впечатления;

-  прозрачности и раздельности звучания;

-  естественности звучаний тембров музыкальных инструментов и голосов;

-  музыкального равновесия (баланса) отдельных элементов сложного звукового образа;

-  окружающей акустической обстановки.

Для оценки пространственного впечатления звучания многоканальных звуковых систем и баланса элементов звукового образа используются понятия области уверенной локализации и коэффициента пространственности.

Область уверенной локализации (ОУЛ) — совокупность точек, охватывающих все возможные места локализации КИЗ для данной стереофонической системы звукопередачи. Для обычной двухканальной стереофонической вещательной системы ОУЛ представляет собой линию, соединяющую левый и правый громкоговорители. Для многоканальных стереофонических вещательных систем ОУЛ имеет форму сложной поверхности (купола), опирающейся на громкоговорители.

Коэффициентом пространственности стереофонической системы называется отношение числа раздельно переданных направлений (слуховых пеленгов) n к общему числу раздельно воспринимаемых слушателем направлений nmax в условиях естественного слушания:

(2.1)

Поскольку наибольшей разрешающей способностью по углу слуховая система человека обладает при перемещении источника звука в горизонтальной плоскости (см. п. 1.6), то g оценивается только для этих условий.

Точность локализации источника звука в горизонтальной плоскости не постоянна и зависит от угла между плоскостью симметрии головы и направлением на источник. Однако, если разделить горизонтальную плоскость на восемь равных угловых частей (по 45°) и предположить, что в пределах каждой части точность пеленгации остается неизменной и равной экспериментально измеренной средней величине (рис. 2.1), то можно определить число раздельно воспринимаемых слуховых пеленгов nmax в условиях естественного слушания по формуле (2.2).

Рисунок 2.1 — Зависимость точности локализации

от направления на источник звука

.

(2.2)

Взаимосвязь критериев оценки пространственности звучания с оценкой качества звуковых систем будет рассмотрена далее (см. п. 2.2.4).

Точность передачи таких ощущений, как прозрачность и раздельность звучания, естественность звучаний тембров инструментов и голосов, оценивается уровнем искажений, вносимыми элементами звукового тракта, и уровнем помех. Искажения делятся на линейные и нелинейные. Все искажения обязательно изменяют качество звучания [6].

Линейные искажения возникают в результате изменения коэффициента передачи радиотехнических устройств с изменением частоты. Окраска звука характеризуется числом частотных составляющих и распределением их амплитуд по спектру, а спектр слышимых человеком звуков занимает диапазон частот 20...20000 Гц. При прохождении через звуковой тракт такого сложного по структуре сигнала из-за различия коэффициентов передачи на разных частотах нарушается соотношение амплитуд отдельных гармонических составляющих и, как следствие, изменяется тембр звука. Значительные искажения в частотной характеристике приводят к изменению качества звучания. Спад или ограничение частот снизу делает звук резким и дребезжащим, а при спаде или ограничении частотной характеристики сверху звук становится приглушенным и неразборчивым.

Искажения различного звукового материала при ограничении частот как сверху, так и снизу различные люди воспринимают неодинаково. Учитывая это, пользуются понятием заметности, означающим выражен­ное в процентах отношение числа слушателей, которые заметили те или иные искажения звукового материала, к общему числу слушателей. Например, ограничение частотного диапазона сверху до 7 кГц при воспроизведении женской речи замечают около 80 % слушателей; ограничение полосы пропускания частотой 100 Гц при воспроизведении органной музыки замечают 50% слушателей, 150 Гц — 80% и 300 Гц — почти 100% слушателей.

Наиболее нежелательны линейные искажения, проявляющиеся в виде широких пиков и провалов частотной характеристики, особенно в области максимальной чувствительности слуха, то есть в диапазоне 800...5000 Гц. Широкие пики и провалы в этом диапазоне, даже если их уровень не превышает 5 дБ, приводят к значительным искажениям звука, которые замечает большинство слушателей. И наоборот, острые пики и провалы, а также плавные и крутые спады в области очень низких (меньше 100 Гц) и очень высоких (больше 15000 Гц) частот практически неощутимы даже в тех случаях, когда их уровень достигает 15...20 дБ. Как правило частотные искажения начинают ощущаться, когда их уровень (изменение амплитуд в частотном спектре звука) превыша­ет 30...40% (до 3 дБ). Поэтому в аппаратуре высококачественного звучания амплитуд­но-частотные искажения не должны быть больше указанного уровня.

Количественно линейные искажения, обусловленные неидеальностью частотных характеристик элементов звукового тракта, оценивают неравномерностью амплитудно-частотной характеристики. В аудиотехнике неравномерность частотной характеристики определяется как отноше­ние коэффициентов передачи на частотах, находящихся в пределах звукового диапа­зона, к коэффициенту передачи на частоте 1000 Гц.

В силу физиологических особенностей органов слуха (см. п. 1.3.3) на краях звукового диапазона допускается несколько повышенный уровень частотных искажений. Например, частотные искажения аппаратуры высококачественного воспроизведения в области средних частот звукового диапазона не должны превышать 2 дБ, в то время как на краях диапазона допустимый уровень частотных искажений может достигать 6 дБ.

Значительное влияние на качество звучания оказывает также диапазон частот, воспроизводимых звуковым трактом. Как указывалось ранее (п. 1.3.2), верхняя граница слуха у людей среднего возраста находится в области 15 кГц. Человеческие голоса и музыкальные инструменты (кроме органа) не имеют основных тонов с частотами ниже 40 Гц. Таким образом, высокое качество воспроизведения будет обеспечено в том случае, если звуковой тракт имеет равномерную характеристику в диапазоне частот 30...15000 Гц.

Нелинейные искажения возникают из-за применения радиотехнических элементов, имеющих нелинейную зависимость между током и напряжением, током и намагниченностью и т. п. (радиолампы, транзисторы, диоды, громкоговорители, трансформаторы). Нелинейность в звуковом тракте приводит к тому, что даже при одном звуковом тоне может возникать целая группа гармоник, частоты которых кратны частоте основного тона. Еще более сложная картина наблюдается в тех случаях, когда звуковой материал представляет совокупность колебаний различных частот.

В результате взаимодействия гармоник основных тонов возникают колебания с суммарными и разностными частотами и общее число частотных составляющих в тракте сильно возрастает. Частоты звуковых колебаний, равные сумме или разности основных тонов, называются комбинационными частотами. Звуковые колебания, обусловленные комбинационными частотами, могут находиться в любой области звукового диапазона, в том числе и в области наибольшей чувствительности уха (800...5000 Гц). Вследствие этого окраска звука, имеющего в своем составе колебания комбинационных частот, производит неприятное впечатление.

Помехи оказывают значительное влияние на качество звучания аудиосистем и сокращают динамический диапазон звукового тракта, который определяется отношением напряжения максимального неискажен­ного сигнала к напряжению шума:

[дБ]. (2.3)

Основными источниками помех являются собственные шумы радиотехнических элементов и разнообразные внешние источники. Наиболее ощутимыми помехами в звуковом тракте являются фоны с частотами 50, 100, 150, 300 и 600 Гц, а также шум с равномерным спектром. Различимость их слушателями практически очень мало зависит от условий воспроиз­ведения.

Основными методами предотвращения помех и шумов в звуковом тракте являются применение фильтров, экранирование соединительных кабелей, выбор наиболее раци­ональных схем входных цепей, а также отдельных радиотехнических элементов и узлов, обеспечивающих наименьший уровень собственных шумов [7].

Окружающая акустическая обстановка в помещении прослушивания также влияет на красочность звучания аппаратуры воспроизведения звука. Относительно большие длины звуковых волн и невысокая скорость их распространения требуют учета акустических свойств помещения, которые могут улучшать или ухудшать качество звучания. Даже при достаточно хорошей аппаратуре качество звучания может оказаться низким, если помещение, предназначенное для прослушивания, не обладает рядом определенных свойств. Более подробно этот важный аспект высококачественного звуковоспроизведения в данном пособии не рассматривается в связи с большим объемом соответствующего материала.

2.2 Стереофонические звуковые системы

2.2.1 Локализация кажущегося источника звука в стереосистемах

Если включить систему из двух расположенных в одной плоскости на некотором расстоянии друг от друга громкоговорителей так, чтобы интенсивность их звучания была одинакова и строго в фазе, то, пока слушатель находится на оси акустической системы, у него складывается впечатление, что источник звука находится ровно на середине отрезка, соединяющего громкоговорители. Если слушатель начнет перемещаться с этой оси влево или вправо, то в определенный момент времени источник звука как бы резко переместится к ближайшему громкоговорителю. Это явление объясняется эффектом маскировки — более дальний громкоговоритель маскируется ближайшим. Обозначив все точки, где наблюдается описанный эффект, получим 2 ветви гиперболы, ограничивающие зону стереоэффекта (рис. 2.2).

Рисунок 2.2 — Граница зоны стереоэффекта

для двухканальной стереосистемы

Если слушатель находится в зоне стереоэффекта, то он будет ощущать стереосигнал. Опыты, проведенные с помощью экспериментальной установки, изображенной на рисунке 2.3, позволяют уточнить различные факторы, участвующие в этом явлении.

Рисунок 2.3 — Экспериментальная установка для изучения

особенностей азимутальной локализации звука в стереосистемах

Во время эксперимента слушатель находится на оси симметрии системы воспроизведения, состоящей из двух громкоговорителей — Гр1 и Гр2. Излучаемые сигналы получены от одного источника звука (М). Экспериментальная установка позволяет проводить независимую регулировку амплитуды и временнóй задержки аудиосигнала в каждом канале воспроизведения [6].

Если интенсивность звука в каналах одинакова, то слушателю кажется, что источник звука находится посередине между двумя громкоговорителями. По мере увеличения громкости звучания одного из громкоговорителей у слушателя возникает иллюзия смещения источника звука в сторону более интенсивно звучащего громкоговорителя. Усредненная зависимость, характеризующая смещение КИЗ под действием интенсивностной разницы, представлена на рисунке 2.4. По оси ординат отложено смещение КИЗ в долях полубазы , а по оси абсцисс — значения DL, определяемые как , где p1 и p2 — звуковые давления, развиваемые соответственно левым и правым громкоговорителями.

Рисунок 2.4 — Влияние разности уровней DL на смещение КИЗ

Если интенсивность звучания громкоговорителей поддерживать строго одинаковой (DL = 0), но звучание одного громкоговорителя задерживать во времени по отношению к другому, то в этом случае слушатель воспринимает источник звука тем ближе к одному из громкоговорителей, чем более задерживается звучание другого. Усредненная зависимость, характеризующая смещение КИЗ под действием временнóй разности, представлена на рис. 2.5.

Рисунок 2.5 — Влияние временнóй разности Dt на смещение КИЗ

Таким образом, экспериментально подтверждается, что явление локализации звука объясняется двумя факторами: бинауральной временнóй и интенсивностной разностями сигналов, воздействующих на левое и правое ухо слушателя.

Необходимо отметить, что слушатель воспринимает кажущийся источник звука (субъективно воспринимаемый). При несоответствии углового положения источников звука и изображения мозг производит «согласующую коррекцию» в сторону изображения.

Временнáя Dt и интенсивностная DL разности сигналов стереосистемы, вызывающие перемещение КИЗ, являются эквивалентными факторами по действию на орган слуха, так как определенные величины Dt` и DL` могут вызвать одно и то же смещение S кажущегося источника звука от своего первоначального положения. Соотношение между этими величинами называется коэффициентом эквивалентности K:

[дБ/мс]. (2.4)

Значение K почти не зависит от размеров базы B и расстояния до нее и является практически постоянной величиной для большинства кажущихся источников — порядка 10 дБ/мс при симметричном положении слушателя относительно громкоговорителей (рис. 2.6, кривая 1) и порядка 2,5 дБ/мс — при асимметричном (рис. 2.6, кривая 2).

Рисунок 2.6 — Зависимость коэффициента эквивалентности

от положения КИЗ на линии базы при симметричном (1)

и асимметричном (2) положениях слушателя

2.2.2 Формирование стереофонического аудиосигнала

Стереофонические звуковые системы позволяют слушателю локализовать источник звука в пространстве, что в большей степени способствует формированию иллюзии естественного звучания. Стереофонические аудиосигналы для таких систем получают, записывая звук стереомикрофонами, причем формат этих сигналов будет зависеть от выбранного способа приема стереозвука микрофонами. Наибольшее распространение получили следующие способы [4, 6, 7].

Способ АВ

Здесь используются два монофонических микрофона (М1 и М2), имеющих одинаковые характеристики направленности (например, круговые или кардиоидные). Микрофоны разнесены в пространстве на расстояние (0,5…1,5) метра, которое называется базой стереофонической системы (рис. 2.7). Напряжение с выхода каждого микрофона поступает в соответствующий канал стереосистемы.

Рисунок 2.7 — Стереофоническая запись способом AB

В такой системе источник звука (ИЗ1), расположенный на одинаковом от обоих микрофонов расстоянии (на акустической оси микрофонной системы), воздействует на оба приемника звука одновременно и с одинаковой силой и вызывает в выходных цепях обоих микрофонов синфазные и равные по величине сигналы. При прослушивании этот источник будет казаться звучащим из точки в центре между громкоговорителями (см. п. 1.3.1).

Если источник звука (ИЗ2, например) расположен на разном расстоянии от микрофонов М1 и М2, то звуковые волны достигают их не одновременно. В результате, при прослушивании таких боковых источников звука, локализация обусловливается разностью во времени прихода к слушателю фронтов звуковых волн от отдельных источников справа и слева. То есть имеет место временная стереофония.

Из-за различия во времени прихода звуковых волн от источника звука к двум находящимся на разных расстояниях микрофонам и фазы сигналов будут отличаться между собой. При неблагоприятных фазовых соотношениях в случае монофонического воспроизведения фонограммы (т. е. сложения аудиосигналов правого и левого каналов) это может стать причиной интерференционных искажений, что является недостатком способа AB.

Способ XY

Здесь микрофоны пространственно совмещены (обычно друг над другом) и образуют единую конструкцию. Однако при этом акустические оси микрофонов (обычно, кардиоидных) развернуты так, что угол между ними составляет 90° (рис. 2.8).

Рисунок 2.8 — Характеристики направленности

микрофонов в системе XY

Такое расположение имитирует прием звука ушами, максимумы характеристик направленности которых также развернуты друг относительно друга. Если источник звука находится не на оси симметрии, то звук будет восприниматься этими микрофонами с разной чувствительностью, напряжения на выходах микрофонов будут не одинаковыми по величине, и различие их будет тем больше, чем больше угол, под которым по отношению к акустической оси симметрии воздействовал звук. Схема подключения тождественна схеме АВ (рис. 2.9). Такая система имеет название стереофония по интенсивности.

Рисунок 2.9 — Стереофоническая запись

способом XY

Локализация кажущихся источников здесь обусловливается только различием чувствительности микрофонов к звукам, приходящим с разных направлений. Так как микрофоны расположены в одной точке, то нет фазовых различий между приходящими к ним сигналами и такая система в большей степени, чем система AB, удовлетворяет условию моносовместимости.

Способ MS

Этот способ также основан на принципе интенсивностной стереофонии, но здесь стереофонический сигнал делится на сигнал M (нем. Mittel — середина) и сигнал S (нем. Seite — стороны). Такое разделение сигнала, несущего стереофоническую информацию, осуществляется с использованием стереомикрофона, также состоящего из двух конструктивно совмещенных микрофонов. Но в этом случае один из входящих в систему приемников звука (микрофон M) является ненаправленным, а другой (микрофон S) имеет косинусоидальную («восьмеричную») характеристику направленности (рис. 2.10).

Рисунок 2.10 — Характеристики направленности

микрофонов в системе MS

Чувствительность микрофона M неизменна при любом расположении источника звука, а микрофона S — зависит от угла a между направлением на источник звука и акустической осью стереосистемы. При перемещении источника звука на 90° по дуге налево от акустической оси системы напряжение на выходе микрофона S будет равно по величине напряжению микрофона M и совпадать с ним по фазе. Если источник звука располагается посередине, то напряжение S равно нулю и, наконец, если он переместится на 90° вправо, напряжения на выходе обоих приемников будут одинаковыми, но противоположными по фазе. Эта особенность наглядно иллюстрируется графиками характеристик направленности микрофонов системы MS, представленными в прямоугольной системе координат (рис. 2.11).

Рисунок 2.11 — Зависимость чувствительности

микрофонов M и S от угла a

Сигналы M и S непригодны для непосредственной передачи в левый и правый каналы и дальнейшего прослушивания, поэтому они предварительно преобразовываются с помощью суммарно-разностного преобразователя (рис. 2.12).

Рисунок 2.12 — Стереофоническая запись

способом MS

В одном канале напряжения сигналов M и S складываются, а в другом — из напряжения сигнала M вычитается напряжение сигнала S. Таким образом, для каждого из каналов зависимость выходного напряжения от угла падения звуковой волны представится кривыми M+S и M–S (рис. 2.13).

Рисунок 2.13 — Зависимость сигналов на выходе СРП от угла a

Полимикрофонный способ

На практике часто используется полимикрофонный способ записи, который заключается в установке в студии звукозаписи большого числа микрофонов, каждый из которых предназначен для передачи звучания одного источника звука (или группы источников). В этом случае используются обычные монофонические односторонненаправленные микрофоны, иногда в комбинации со стереофоническими микрофонами, включенными по системе XY. Близкое от исполнителей расстояние микрофонов (в поле прямого звука) позволяет избежать взаимного проникновения звуков одних источников в микрофоны, установленные у других источников, и благодаря этому на звукорежиссерском пульте возможна раздельная обработка звучания каждого компонента звуковой картины. Для создания стереофонической панорамы, при использовании полимикрофонного способа, в каждый из индивидуальных микрофонных каналов включается панорамный регулятор (рис. 2.14).

Рисунок 2.14 — Полимикрофонный способ

формирования стереосигнала

2.2.3 Основные виды стереофонических звуковых систем

Для обычной двухканальной стереофонической вещательной системы, состоящей из двух фронтальных громкоговорителей (левого — ЛФ и правого — ПФ), оптимальная точка прослушивания (место, где должен находиться слушатель) лежит на оси симметрии системы на таком расстоянии от базы, чтобы угол между направлениями на громкоговорители составлял примерно 60°…70° (точка А на рис. 2.15). При этом областью уверенной локализации рассматриваемой стереофонической системы является отрезок, соединяющий громкоговорители (то есть ОУЛ совпадает с базой стереосистемы).

Рисунок 2.15 — Расстановка

громкоговорителей и ОУЛ

двухканальной стереофонической

системы звуковоспроизведения

С учетом того, что разрешающая способность уха составляет в среднем 5°…6° (см. п. 2.1), число различно передаваемых направлений в двухканальной стереофонической системе равно 10…12. Тогда коэффициент пространственности стереосистемы найдется из выражения: