Dynamic range control что это
Обновлено: 18.05.2024
- Операционная система Android 6.0 / 7.1
- Язык Русский, Английский. поддержка множества языков
- Процессор Восьмиядерный Amlogic S912 ARM Cortex-A53 до 2.0 ГГц (DVFS)
- Графический процессор ARM Mali-T820MP3 GPU до 750 МГц (DVFS)
- Оперативная память 2 Гб DDR3 (доступны варианты с 1 Гб или 2 Гб)
- Встроенная память 16 Гб EMMC (доступны варианты 4 Гб, 16 Гб или 32 Гб)
- Сеть Гигабитный Ethernet порт, IEEE 802.11 a/b/g/n/ac 2.4 ГГц / 5.0 ГГц
- WIFI модуль LTM8830
- Расширение хранилища SD/MicroSD карта до 32 Гб (SD2.X,SD3.X,SD4.X, eMMC ver5.0)
- Электропитание DC 5 В / 2 А 3.5 мм DC-вход
- HDR Поддерживается
Как работает DRC?
Ниже приведен пример идеальной фазо-частотной характеристики. Только лишь ближе к 0 Гц есть некоторые отклонения. Напомню, нас сейчас интересует отрезок от 20 до 200 Гц:
В нашем примере, демонстрирующем некую безупречную АС, характеристика абсолютно плоская, но есть смещение -3 дБ на 20 Гц. Обратите внимание на то, что фазовая характеристика соответствует частотной.
Однако в реальной ситуации, когда у нас есть обычная комната, мы получаем что-то «стандартное» вроде тех измерений, о которых речь шла выше (скачки в 20 дБ):
Все комнаты разные — по крайней мере, большинство комнат отличаются друг от друга. Мне приходилось делать измерения во многих помещениях, и за годы деятельности я пришел к выводу, что на низких частотах, как правило, бывают перепады от 15 до 20 дБ. Случались исключения, но то были специализированные студийные помещения с просчитанными пропорциями.
Вот фазовая характеристика в точке прослушивания:
Как я уже объяснил, комната всегда оказывается под влиянием низких частот вне зависимости от используемых колонок. Измеренный акустический отклик помещения уже не может быть представлением минимально-фазовой системы, так как в комнате присутствуют НЧ-отражения, стоячие волны и резонансы. Реальная фазовая характеристика показана выше.
Вернемся к работе DRC-систем. Если в двух словах, то современная система коррекции не только способна улучшить АЧХ, снизив перепады, но и скорректировать фазу низкочастотных отражений.
Все DRC-программы работают на основе акустических измерений. Цифровая система делает анализ, выбирает минимальный фазовый отклик, а затем инвертирует амплитудную характеристику и использует ее как фильтр к измеренному ранее отклику. В результате получается плоская частотная характеристика. Эквализация амплитудной характеристики одновременно корректирует фазовый отклик.
Помимо прочего, DRC-софт независимо корректирует избыточную фазу — то есть низкочастотные комнатные отражения. Коррекция работает так, что в точке прослушивания фазовая и частотная характеристики (в басовой области) приближаются к идеалу.
Важное замечание: избыточная фаза — это разница между реальным сигналом и минимальным фазовым откликом.
Вот пример измерений, сделанных с использованием акустики, оснащенной двумя 15-дюймовыми вуферами и портами. Кроме того, были задействованы два сабвуфера по 18 дюймов. Вся система прошла через цифровую коррекцию:
Как видите, все получилось очень похоже на показанный ранее график с минимальной фазой. Более того, оба канала идентичны, несмотря на то, что я использовал ассиметричный сетап. К сожалению, в REW нет возможности вывести фазу и частоты на одну совмещенную диаграмму. Будь такая опция, я бы показал вам результат.
Как и в прошлый раз, микрофон был установлен в точке прослушивания, настройки REW не менялись (500 мс, без сглаживания). Таким образом, мы получили информацию о прямом звуке из колонок, ранних отражениях и поздних с ограничением в 500 мс. Было бы здорово, если бы существовал специальный аудиофильский прибор, который по нажатию одной кнопки менял бы воспроизведение низких частот. Цифровая коррекция — это замечательный опыт для уха.
За последние десять лет DRC-технологии сделали большой шаг вперед. Существующий в наши дни продвинутый софт с 64-битными КИХ-фильтрами обладает полностью прозрачным функционалом: пользователь сам может настроить все, что захочет.
Есть один важный аспект, который для многих не всегда очевиден — DRС подразумевает коррекцию частотной характеристики в зависимости от времени. В этом заключается важное отличие обычного параметрического эквалайзера (или другого эквалайзера, не учитывающего время) от профессиональной DRC-системы.
Эффект стандартного эквалайзера распространяется сразу на все без разбора: прямой звук, ранние отражения, поздние отражения. Получаемый в результате звук не всегда соответствует ожиданиям, поэтому аудиофилы зачастую предпочитают вовсе не использовать эквалайзер.
Басы могут «накапливаться» в комнате, поэтому нам необходимо уменьшить амплитуду низких частот во времени. Также басовые частоты способны создавать отражения, громкость которых превышает прямые звуки. В любом случае, цифровая акустическая коррекция специально придумана для решениях сложных задач, связанных с низкими частотами и отражениями. Большинство программ, работая с низкими частотами, учитывают временные отрезки до 500 мс или 750 мс. Этого достаточно, так как потом слышимый уровень звука значительно падает.
Помните — мы имеем дело с резонансами и стоячими волнами. Некоторые частоты затухают быстрее других. Иногда низкочастотные звуки становятся причиной продолжительных резонансов, и создается впечатление, что этот гуд никогда не остановится.
Ловушки устроены так, что они могут привести к излишнему поглощению звука в области средних и низких частот — и музыка лишится теплоты. Я не противник акустической обработки помещений, но есть задачи, которые решаются специально созданными инструментами.
Что касается конкретных продуктов, здесь тоже есть сложности: не весь софт устроен одинаково. Я тестирую DRC-программы уже несколько лет — есть только три полностью коммерческие системы, которые правильно работают как с минимальной фазой, так и с избыточной. Я назову их: Acourate, Audiolense и Dirac. Из некоммерческого софта отмечу Denis Sbragion Digital Room Correction. Эта программа тоже работает корректно.
К вопросу, конечно, можно подойти с другой стороны. Некоторые пользователи-умельцы используют для акустической коррекции свои методы: Moving Mic Measurement, rePhase и уже упомянутый REW. Проблема в том, что не весь софт и не все техники подходят для правильной цифровой коррекции пространственного звучания. Не специализированные инструменты обладают ограниченным функционалом, что снижает качество результата. Отмечу, что REW и rePhase — это отличные инструменты для своих задач.
Как правило, DRC-софт создает коррекционные фильтры с конечной импульсной характеристикой (КИХ/FIR). Смысл заключается в том, что коррекция магнитуды (амплитуда и фаза) может быть применена независимо от коррекции избыточной фазы. Для использования готового КИХ-фильтра понадобится специальная DSP-обработка. С этими задачами справляются, например, Roon и JRiver.
Надеюсь, статья получилась полезной и объяснила, почему 80% комнат для прослушивания музыки наполнены резонансами, которые окрашивают звучание низких частот. Помещение всегда контролируют низкие частоты — и это не зависит от используемой акустики. Надеюсь, что ваши уши смогут настроиться необходимым образом, чтобы выбрать правильный музыкальный материал и проанализировать звучание (об этом речь шла в начале).
Специализированный DRC-софт способен частично устранить стоячие волны, комнатные резонансы и моды. Для этого программы используют независимую коррекцию магнитуды и избыточной фазы.
Зная, какой должна быть характеристика идеальной АС, вы можете использовать цифровую коррекцию, чтобы оптимизировать звучание своей системы. Правильный результат — это четкие, собранные и разборчивые басы. Услышать такое воспроизведение низких частот у себя дома — вот настоящее аудиофильское удовольствие.
К DRC-инструментам стоит относиться как к способу решения проблем, связанных с НЧ-искажениями и правильной подачей прямого звука. Упомянутый мною софт можно купить за 300–400 долларов. Добавим сюда USB-микрофон за 100 долларов и получим действенный способ улучшения звучания домашней музыкальной системы.
В этой статье мы сфокусировались на низких частотах, однако DRC можно использовать для создания любых других фильтров и систем временного выравнивания. Также DRC подойдет для многоканальных сетапов.
Радио
В радио важен высокий динамический диапазон, особенно при наличии потенциально мешающих сигналов. Такие показатели, как динамический диапазон без паразитных составляющих , используются для количественной оценки динамического диапазона различных компонентов системы, таких как синтезаторы частот. Концепции HDR важны как при проектировании обычных, так и программно определяемых радиостанций .
Почему басы звучат неравномерно?
Ответ кроется в размерах и пропорциях помещения. Роль играют также стройматериалы и акустическая подготовка, но в случае с длинными волнами важнее всего пропорции комнаты.
Чтобы проанализировать помещение, можно воспользоваться акустическим онлайн-калькулятором. Например, подойдет AMROC Room Mode Calculator. Введя размеры помещения в калькулятор, вы получите полный модальный анализ комнаты.
Очень неплохо, если звук с веб-браузера можно вывести на вашу звуковую систему. Так вы сможете выбрать любые комнатные моды (нужно просто навести курсор мыши) и услышать, как именно они звучат в помещении (не забудьте убавить громкость). Это хороший способ ощутить все своими собственными ушами. Попробуйте — ведь ничто не сравнится с реальным слуховым восприятием. Также имеет смысл перемещаться по комнате во время прослушивания мода: возможно, где-то моды будут казаться менее выраженными, а в других местах появится гудящий эффект.
Суровая правда такова, что немногие из нас владеют подготовленными комнатами для прослушивания музыки с правильными пропорциями. Короче говоря, наши музыкальные комнаты чаще обладают неправильной модальной плотностью. На некоторых частотах все комнатные резонансы собираются в кучу. Иногда такое происходит на самой «неподходящей» частоте. К примеру, на сабвуферной частоте среза 80 Гц.
Именно низкие частоты, идущие ниже переходной частоты (ее также называют «частотой Шрёдера»), образуют моды, а также стоячие волны и резонансы. Все это приводит к тому, что комната оказывается под властью басовых отзвуков, но не акустических систем. Перечитайте и вникните в этот абзац — в нем заложены суть и смысл использования цифровой коррекции пространственного звучания.
Вот вам пример измерений, сделанных в типичной комнате для прослушивания музыки. Измерительный микрофон всегда находился в одной точке прослушивания, а колонки три раза меняли свое положение, не увеличивая и не уменьшая радиус более чем на 60 см:
Как видно из диаграммы, басовая характеристика сильно скачет, и зависит это не только от изменения расположения колонок — АЧХ непостоянна при любом раскладе. Колонки контролируют ситуацию только выше 300 Гц. Помещение значительно меньше влияет на звуки от 300 Гц и выше.
Правильное расположение колонок и оптимальная точка для прослушивания могут изменить положение дел, однако чаще всего получается так, что АЧХ меняется лишь в плане распределения пиков по горизонтали, но комнатные моды никуда не деваются.
Диаграмму я взял из работ канадского ученого-акустика Флойда Е. Тула (Floyd E. Toole). Он утверждает, что за годы исследований пришел к следующему выводу: около 80% помещений оказывают значительное влияние на окраску звука. Согласно Флойду, именно звучание басов в 30% случаев является решающим фактором при субъективной оценке той или иной акустической системы. Флойд также утверждает, что любая АС может звучать лучше, если использовать систему коррекции для басовых частот. Ученый, конечно, ничего не гарантирует, но предлагает попробовать.
Теперь, когда мы услышали и замерили «неравномерные» басы, стало ясно, что комната играет важную роль с точки зрения распределения модов. Также мы пришли к выводу, что помещение, по большей части, контролируется басами, если говорить о звуках ниже переходной частоты. Пришло время изучить принципы работы DRC-систем.
Цифровая коррекция пространственного звучания для аудиофила [перевод]
Принципы современных технологий цифровой коррекции пространственного звучания (Digital Room Correction, DRC) зачастую понимают неверно. Существует много статей на эту тему, но редко встречаются материалы, отвечающие на главный вопрос — какие вообще проблемы решает DRC? Как это работает? И почему это должно заботить аудиофила ? Попробуем же ответить на эти вопросы.
видео
При показе фильма или игры дисплей может отображать как темные ночные сцены, так и яркие сцены на открытом воздухе, освещенные солнцем, но на самом деле уровень света, исходящего от дисплея, во многом одинаков для обоих типов сцен (возможно, различается в несколько раз. из 10). Зная, что дисплей не имеет большого динамического диапазона, производители не пытаются сделать ночные сцены более тусклыми, чем дневные, а вместо этого используют другие реплики, чтобы предложить ночь или день. Ночная сцена обычно содержит более тусклые цвета и часто освещается синим светом, который отражает то, как чувствительные стержневые клетки человеческого глаза воспринимают цвета при низких уровнях освещенности.
СОДЕРЖАНИЕ
Музыка
В музыке динамический диапазон описывает разницу между самой тихой и самой громкой громкостью инструмента , партии или музыкального произведения. В современной записи этот диапазон часто ограничивается сжатием динамического диапазона , что позволяет увеличить громкость, но может сделать звук записи менее захватывающим или живым.
Динамический диапазон музыки, обычно воспринимаемой в концертном зале, не превышает 80 дБ, а человеческая речь обычно воспринимается в диапазоне около 40 дБ.
Динамический диапазон - Dynamic range
Динамический диапазон (сокращенно DR , DNR или DYR ) - это соотношение между наибольшим и наименьшим значениями, которое может принимать определенная величина. Он часто используется в контексте сигналов , таких как звук и свет . Он измеряется либо как отношение, либо как логарифмическое значение по основанию 10 ( децибелы ) или основание 2 (удвоения, биты или остановки ) разницы между наименьшим и наибольшим значениями сигнала.
Электронно воспроизводимые аудио и видео часто обрабатываются, чтобы подогнать исходный материал с широким динамическим диапазоном к более узкому записанному динамическому диапазону, который легче сохранять и воспроизводить; эта обработка называется сжатием динамического диапазона .
Визуализация
Обработка изображений с расширенным динамическим диапазоном (HDRI) - это получение, создание, хранение, распространение или отображение изображений и видео, которые имеют более высокий динамический диапазон, чем традиционные изображения и видео. Это можно сделать с помощью техники HDR-фотографии , с использованием камер, которые изначально имеют высокий динамический диапазон, или с помощью компьютеров (например, с использованием HDR-рендеринга ). Полученное изображение можно сохранить в традиционном формате изображения и видео или в формате с расширенным динамическим диапазоном . Его также можно использовать для традиционных дисплеев SDR или для дисплеев HDR .
Захват и создание
Техника фотосъемки
В фотографии и видеографии высокий динамический диапазон (HDR) - это набор методов, используемых для увеличения динамического диапазона захваченных фотографий и видео. Обычно он состоит из захвата нескольких кадров одной и той же сцены, но с разной экспозицией, а затем их объединения в один, что приводит к более высокому динамическому диапазону, чем у отдельных захваченных кадров.
Он включает в себя композицию и отображение тонов изображений, чтобы расширить динамический диапазон за пределы собственных возможностей устройства захвата.
Датчики
Современные датчики изображения CMOS часто могут захватывать широкий динамический диапазон за одну экспозицию. Широкий динамический диапазон захваченного изображения нелинейно сжимается в электронное представление с меньшим динамическим диапазоном. Однако при правильной обработке информацию от одной экспозиции можно использовать для создания HDR-изображения.
Такое изображение HDR используется в приложениях с экстремальным динамическим диапазоном, таких как сварка или автомобильные работы. В камерах видеонаблюдения вместо HDR используется термин «широкий динамический диапазон». Из-за нелинейности некоторых датчиков на изображении могут возникать артефакты. Некоторые другие камеры, предназначенные для использования в приложениях безопасности, могут автоматически предоставлять два или более изображения для каждого кадра с изменением экспозиции. Например, датчик для видео со скоростью 30 кадров в секунду будет выдавать 60 кадров в секунду с нечетными кадрами при коротком времени экспозиции и четными кадрами при более длительном времени экспозиции. Некоторые датчики на современных телефонах и камерах могут даже комбинировать два изображения на кристалле, так что более широкий динамический диапазон без сжатия в пикселях напрямую доступен пользователю для отображения или обработки.
Рендеринг
Рендеринг с расширенным динамическим диапазоном (HDRR) - это рендеринг и отображение виртуальных сред в реальном времени с использованием динамического диапазона 65 535: 1 или выше (используется в компьютерных, игровых и развлекательных технологиях).
Место хранения
- Форматы хранения, такие как форматы необработанных изображений , форматы, использующие линейнуюпередаточную функцию с высокой битовой глубиной или логарифмическую передаточную функцию.
- Форматы HDR для дисплеев HDR, такие как HDR10 , HDR10 + , Dolby Vision и гибридная логарифмическая гамма (HLG).
Распространение и показ
Дисплеи с расширенным динамическим диапазоном ( дисплеи HDR) - это дисплеи, совместимые с форматом HDR, таким как HDR10 , HDR10 + , Dolby Vision и HLG.
Видео HDR относится к видеосигналу с большей битовой глубиной, яркостью и цветовым объемом, чем видео со стандартным динамическим диапазоном (SDR), в котором используется обычная гамма-кривая .
4 января 2016 года Ultra HD Alliance объявил о своих требованиях к сертификации HDR-дисплеев. HDR-дисплей должен иметь максимальную яркость более 1000 кд / м 2 и уровень черного менее 0,05 кд / м 2 (коэффициент контрастности не менее 20000: 1) или пиковую яркость более 540 кд / м 2 и уровень черного менее 0,0005 кд / м 2 (коэффициент контрастности не менее 1 080 000: 1). Эти два варианта позволяют использовать различные типы дисплеев HDR, такие как ЖК-дисплей и OLED .
Некоторые варианты использования функций передачи HDR, которые лучше соответствуют зрительной системе человека, помимо традиционной гамма-кривой, включают HLG и перцепционный квантователь (PQ). Для HLG и PQ требуется битовая глубина 10 бит на выборку.
Приборы
Во многих областях инструменты должны иметь очень высокий динамический диапазон. Например, в сейсмологии нужны акселерометры HDR, как в приборах ICEARRAY .
СОДЕРЖАНИЕ
Человеческое восприятие
| Фактор (мощность) | Децибелы | Остановки |
|---|---|---|
| 1 | 0 | 0 |
| 2 | 3,01 | 1 |
| 3,16 | 5 | 1,66 |
| 4 | 6.02 | 2 |
| 5 | 6,99 | 2.32 |
| 8 | 9,03 | 3 |
| 10 | 10 | 3,32 |
| 16 | 12.0 | 4 |
| 20 | 13.0 | 4,32 |
| 31,6 | 15 | 4,98 |
| 32 | 15.1 | 5 |
| 50 | 17.0 | 5,64 |
| 100 | 20 | 6,64 |
| 1,000 | 30 | 9,97 |
| 1,024 | 30,1 | 10 |
| 10 000 | 40 | 13,3 |
| 100 000 | 50 | 16,6 |
| 1 000 000 | 60 | 19,9 |
| 1 048 576 | 60,2 | 20 |
| 100 000 000 | 80 | 26,6 |
| 1 073 741 824 | 90,3 | 30 |
| 10 000 000 000 | 100 | 33,2 |
Чувства зрения и слуха человека имеют относительно высокий динамический диапазон. Однако человек не может выполнять эти подвиги восприятия на обоих крайних уровнях шкалы одновременно. Человеческому глазу требуется время, чтобы приспособиться к разным уровням освещения, а его динамический диапазон в данной сцене на самом деле весьма ограничен из-за оптических бликов . Мгновенный динамический диапазон человеческого восприятия звука аналогичным образом маскируется, так что, например, шепот не может быть слышен в громкой обстановке.
Человек способен слышать (и с пользой различать) все, что угодно, от тихого бормотания в звукоизолированной комнате до самого громкого концерта хэви-метала. Такая разница может превышать 100 дБ, что составляет 100 000 раз по амплитуде и 10 000 000 000 по мощности. Динамический диапазон человеческого слуха составляет примерно 140 дБ, варьирующийся в зависимости от частоты, от порога слышимости (около -9 дБ SPL на 3 кГц) до порога боли (от 120–140 дБ SPL). Однако этот широкий динамический диапазон не может быть воспринят сразу; тензор барабанные , стременная мышца , и внешние клетки волос все действуют как механические компрессоры динамического диапазона , чтобы отрегулировать чувствительность уха к различным уровням окружающей среды.
Человек может видеть объекты при свете звезд или ярком солнечном свете, даже если в безлунную ночь объекты получают 1/1 000 000 000 освещения, которое они получили бы в яркий солнечный день; динамический диапазон 90 дБ.
На практике людям сложно достичь полного динамического опыта с помощью электронного оборудования. Например, ЖКД хорошего качества имеет динамический диапазон, ограниченный примерно 1000: 1, а некоторые из новейших датчиков изображения CMOS теперь измеряют динамический диапазон примерно 23000: 1. Коэффициент отражения бумаги может обеспечивать динамический диапазон около 100: 1. Профессиональная видеокамера , такие как Sony Digital Betacam обеспечивает динамический диапазон более 90 дБ в звуковой записи.
Расширенный динамический диапазон - High dynamic range
Высокий динамический диапазон ( HDR ) - это более высокий динамический диапазон, чем обычно. Этот термин часто используется при обсуждении устройств отображения , фотографии , 3D-рендеринга и записи звука, включая создание цифровых изображений и производство цифрового звука . Термин может применяться к аналоговому или оцифрованному сигналу или к средствам записи, обработки и воспроизведения таких сигналов.
Аудио
Аудиоинженеры используют динамический диапазон для описания отношения амплитуды самого громкого неискаженного сигнала к минимальному уровню шума , скажем, микрофона или громкоговорителя . Таким образом, динамический диапазон - это отношение сигнал / шум (SNR) для случая, когда сигнал является самым громким из возможных для системы. Например, если потолок устройства составляет 5 В (среднеквадратичное значение), а минимальный уровень шума составляет 10 мкВ (среднеквадратичное значение), то динамический диапазон составляет 500000: 1 или 114 дБ:
В теории цифрового звука динамический диапазон ограничен ошибкой квантования . Максимально достижимый динамический диапазон для цифровой аудиосистемы с равномерным квантованием Q- бит рассчитывается как отношение наибольшего среднеквадратичного значения синусоидального сигнала к среднеквадратичному шуму:
Однако полезный динамический диапазон может быть больше, так как записывающее устройство с должным сглаживанием может записывать сигналы значительно ниже минимального уровня шума.
16-битный компакт-диск имеет теоретический неискаженный динамический диапазон около 96 дБ; однако воспринимаемый динамический диапазон 16-битного звука может составлять 120 дБ или более с шумовым дизерингом , используя преимущество частотной характеристики человеческого уха .
Цифровой звук с 20-битным квантованием без искажения теоретически может иметь динамический диапазон 120 дБ. 24-битный цифровой звук обеспечивает динамический диапазон 144 дБ. Большинство рабочих станций с цифровым звуком обрабатывают звук с помощью 32-битного представления с плавающей запятой, что обеспечивает еще больший динамический диапазон, поэтому потеря динамического диапазона больше не является проблемой с точки зрения цифровой обработки звука . Ограничения динамического диапазона обычно возникают из-за неправильной настройки усиления , техники записи, включая окружающий шум, и преднамеренного применения сжатия динамического диапазона .
Динамический диапазон аналогового звука - это разница между тепловым шумом низкого уровня в электронных схемах и насыщением сигнала высокого уровня, что приводит к усилению искажений и, при увеличении, клиппированию . Множественные шумовые процессы определяют минимальный уровень шума системы. Шум может быть получен из собственного шума микрофона, шума предусилителя, шума проводки и межсоединений, шума средств массовой информации и т. Д.
Ранние фонографические диски со скоростью вращения 78 об / мин имели динамический диапазон до 40 дБ, который вскоре уменьшился до 30 дБ и хуже из-за износа от многократного воспроизведения. Виниловые пластинки фонографа с микроканавками обычно дают звук 55-65 дБ, хотя первый люфт внешних колец с более высокой точностью может обеспечить динамический диапазон 70 дБ.
Сообщалось, что в 1941 году немецкая магнитная лента имела динамический диапазон 60 дБ, хотя современные специалисты по восстановлению таких лент отмечают наблюдаемый динамический диапазон 45-50 дБ. Магнитофоны Ampex в 1950-х годах достигли 60 дБ при практическом использовании. В 1960-х годах усовершенствования в процессах создания лент привели к увеличению диапазона на 7 дБ, и Ray Dolby разработал систему шумоподавления Dolby A-Type, которая увеличила динамику низких и средних частот диапазон на магнитной ленте на 10 дБ и высокочастотный на 15 дБ, используя компандирование (сжатие и расширение) четырех полос частот. Пик профессиональной аналоговой магнитной записывающей технологии достиг динамического диапазона 90 дБ в средних частотах при 3% искажении, или около 80 дБ в практических широкополосных приложениях. Система шумоподавления Dolby SR дала дополнительный увеличенный диапазон на 20 дБ, что привело к 110 дБ на средних частотах при 3% искажениях.
Производительность компактной кассеты колеблется от 50 до 56 дБ в зависимости от состава ленты. Ленты типа IV обеспечивают наибольший динамический диапазон, а такие системы, как XDR , dbx и система шумоподавления Dolby, увеличивают его еще больше. Специальное смещение и усовершенствования записывающей головки от Накамичи и Тандберга в сочетании с шумоподавлением Dolby C дали динамический диапазон 72 дБ для кассеты.
Микрофон динамический способен выдерживать высокую интенсивность звука и может иметь динамический диапазон до 140 дБ. Конденсаторные микрофоны также прочны, но их динамический диапазон может быть ограничен из-за перегрузки связанных с ними электронных схем. Практические соображения относительно приемлемых уровней искажений в микрофонах в сочетании с типичной практикой в студии звукозаписи приводят к полезному динамическому диапазону 125 дБ.
В 1981 году исследователи из Ampex определили, что для субъективного бесшумного воспроизведения музыки в тихой обстановке необходим динамический диапазон 118 дБ для цифрового аудиопотока с дизерингом.
С начала 1990-х годов несколько органов власти, в том числе Общество звукорежиссеров, рекомендовали проводить измерения динамического диапазона при наличии аудиосигнала, который затем отфильтровывается при измерении минимального уровня шума, используемого для определения динамического диапазона. Это позволяет избежать сомнительных измерений, основанных на использовании пустых носителей или схем приглушения.
Термин динамический диапазон может сбивать с толку при производстве звука, потому что он имеет два противоречивых определения, особенно в понимании феномена войны за громкость . Динамический диапазон может относиться к микродинамике , связанной с пик-фактором , тогда как Европейский вещательный союз в EBU3342 Loudness Range определяет динамический диапазон как разницу между самой тихой и самой громкой громкостью, вопрос макродинамики.
Фотография
Фотографы используют динамический диапазон для описания диапазона яркости снимаемой сцены или пределов диапазона яркости, который может зафиксировать данная цифровая камера или пленка , или диапазона непрозрачности проявленных пленочных изображений, или диапазона отражательной способности изображений на фотобумаге.
Динамический диапазон цифровой фотографии сопоставим с возможностями фотопленки, и оба сопоставимы с возможностями человеческого глаза.
Существуют фотографические техники, поддерживающие еще больший динамический диапазон.
- Градуированные фильтры нейтральной плотности используются для уменьшения динамического диапазона яркости сцены, который может быть зафиксирован на фотопленке (или на датчике изображения цифровой камеры ): фильтр располагается перед объективом во время экспонирования; верхняя половина темная, а нижняя - прозрачная. Темная область размещается над областью высокой интенсивности сцены, например, небом. В результате получается более равномерная экспозиция в фокальной плоскости с повышенной детализацией в тенях и областях с недостаточным освещением. Хотя это не увеличивает фиксированный динамический диапазон, доступный на пленке или датчике, на практике он расширяет полезный динамический диапазон.
- Изображение с высоким динамическим диапазоном преодолевает ограниченный динамический диапазон датчика, выборочно комбинируя несколько экспозиций одной и той же сцены, чтобы сохранить детали в светлых и темных областях. Отображение тонов по-разному отображает изображение в тени и светлых участках, чтобы лучше распределить диапазон освещения по изображению. Тот же подход использовался в химической фотографии для захвата чрезвычайно широкого динамического диапазона: например, для записи испытаний ядерного оружия использовалась трехслойная пленка с каждым нижележащим слоем с чувствительностью 1/100 следующего более высокого. .
Форматы файлов изображений потребительского уровня иногда ограничивают динамический диапазон. Самое серьезное ограничение динамического диапазона в фотографии может включать не кодирование, а воспроизведение, скажем, бумажной копии или экрана компьютера. В этом случае не только локальное отображение тона , но также регулировка динамического диапазона может быть эффективным в выявлении подробно на протяжении светлых и темных областей: Принцип те же, что и осветление и затемнения ( с использованием различных длин экспозиций в различных областях при принятии фотографического печать) в химической фотолаборатории. Принцип также аналогичен усилению или автоматическому контролю уровня при работе со звуком, который служит для сохранения слышимости сигнала в шумной среде прослушивания и предотвращения пиковых уровней, которые перегружают воспроизводящее оборудование или которые являются неестественно или неприятно громкими.
Если датчик камеры не может записать полный динамический диапазон сцены, в постобработке могут использоваться методы расширенного динамического диапазона (HDR), которые обычно включают объединение нескольких экспозиций с использованием программного обеспечения.
Какие проблемы решает цифровая коррекция пространственного звучания
Начнем с того, что попытаемся понять задачу цифровой рум-коррекции. Чтобы вникнуть быстро, нужно послушать, как ваши колонки отыгрывают низкие частоты. Давайте разбираться вместе. Нужно найти музыку с большим количеством баса. Чем больше будет разных низких нот — тем больше частот мы протестируем.
Я выбрал песню «Spanish Harlem» с альбома «The Raven» Ребекки Пиджон. Эта композиция отличается хорошим акустическим басом в соль мажоре с классической прогрессией «I-IV-V». Чуть позже я объясню, что побудило меня выбрать именно эту песню. Вы же выберете то, что нравится именно вам. Продолжим.
Что нужно услышать? Итак, сперва выкрутите громкость на комфортный уровень. Если есть измеритель звукового давления (можно использовать SPL-измеритель на смартфоне), настройте громкость так, чтобы уровень звукового давления в точке прослушивания составил 77–83 дБ(C).
Расположитесь поудобнее, закройте глаза и сконцентрируйтесь на басовой линии и басовых нотах. Все ли низкие ноты звучат на одном уровне? Возможно, некоторые ноты более выражены? Есть ощущение, что одна из нот превалирует?
Это непростое упражнение для ваших ушей — ведь мы уже привыкли к неровному воспроизведению низких частот. Возможно, многие вовсе никогда не слышали равномерную басовую линию, поэтому и сравнивать не с чем. В общем, придется потратить время для «настройки» ушей и концентрации на НЧ-партии музыкальной композиции. Помимо прочего, сфокусироваться может быть сложно из-за одновременного звучания разных музыкальных инструментов и вокала.
Вот почему лучше выбрать песню, где есть четкая басовая прогрессия с разными нотами. Эти ноты проще услышать и понять, какие звучат мягче или, наоборот, резче и громче. Такой подход помогает не только, когда вы собираетесь прослушать что-то спокойное с неплотной басовой линией (как в песне «Spanish Harlem»), но и если вы выбрали композицию с более насыщенными и громкими басами (например, «The Power of Goodbye» Мадонны). Как только подстроите свой слух — станет легче различать ноты.
Вернемся к «Spanish Harlem». Вот последовательность частот основных нот, на которых строится басовая линия (мелодия базируется на упомянутой прогрессии «I-IV-V»): 49-62-73; 65-82-98; 73-93-110.
Вот та отправная точка, когда у нас появляются конкретные данные и значения, которые помогут понять, какую же проблему решает DRC. Если коротко, то цифровая коррекция пространственного звучания призвана выровнять низкие частоты так, что все басовые ноты будут восприниматься одинаково отчетливо. Современные DRC-алгоритмы учитывают разные зоны прослушивания (точки) для обеспечения постоянных фазовой и частотной характеристик.
Почему, собственно, о неровном звучании басов нужно задуматься? Скоро мы получим ответ.
Раз мы уже знаем частоты нот нижнего регистра в песне «Spanish Harlem», то можем соотнести эти басовые ноты с реальными акустическими измерениями НЧ-характеристики колонок в комнате. Для моих измерений я использовал акустику, собранную на базе комплекта Purifi SPK4, специальный микрофон и программу REW в стандартном режиме (500 мс, без сглаживания). Сабвуферы не были задействованы.
Стандартные настройки предполагали захват звука микрофоном напрямую из колонок, а также захват ранних отражений и поздних до 500 мс в диапазоне от 20 Гц до 200 Гц. Все это было сгруппировано и отображено на диаграмме. Мы сосредоточимся на басовых частотах ниже 200 Гц:
Диаграмма показывает частотную характеристику от 20 Гц до 200 Гц по горизонтали и уровень звукового давления (SPL) с шагом в 5 дБ по вертикали. Для калибровки микрофона я использовал SPL-измеритель и розовый шум.
Обратите внимание на амплитуду. Самый большой скачок между двумя пиковыми значениями превышает 20 дБ. Для наших ушей разница в 20 дБ воспринимается как повышение громкости в четыре раза (или понижение — это зависит от конкретной басовой ноты). Кроме того, есть разница между двумя каналами.
Анализируя песню «Spanish Harlem», мы видим, что ноты между 70 и 100 Гц остались на низком уровне, а 110 Гц уже просто резонируют в моей комнате. Это видно и на графике. В зависимости от ноты я слышу некоторые НЧ-звуки в четыре раза громче или тише. Мое личное субъективное восприятие соответствует объективным результатам измерения, показывающим частотную характеристику в басовом диапазоне.
Мы слышим разницу в воспроизведении нот нижнего регистра — и мы видим ее на диаграмме. Почему же дело с низкими частотами обстоит именно так?
Электроника
В электронике динамический диапазон используется в следующих контекстах:
- Задает отношение максимального уровня параметра , такого как мощность , ток , напряжение или частота , к минимальному обнаруживаемому значению этого параметра. (См. Измерения аудиосистемы .)
- В системе передачи - отношение уровня перегрузки (максимальная мощность сигнала, которую система может выдержать без искажения сигнала) к уровню шума системы.
- В цифровых системах или устройствах - отношение максимального и минимального уровней сигнала, необходимое для поддержания заданного коэффициента битовых ошибок .
- Оптимизация разрядности тракта цифровых данных (в соответствии с динамическими диапазонами сигнала) может уменьшить площадь, стоимость и энергопотребление цифровых схем и систем при одновременном повышении их производительности. Оптимальная разрядность для тракта цифровых данных - это наименьшая разрядность, которая может удовлетворить требуемое отношение сигнал / шум, а также избежать переполнения.
В приложениях для аудио и электроники это отношение часто бывает достаточно большим, чтобы преобразовать его в логарифм и указать в децибелах .
HDR видение в реальном времени
В 1970-х и 1980-х годах Стив Манн изобрел «цифровое стекло для глаз» 1-го и 2-го поколений в качестве вспомогательного средства зрения, помогающего людям лучше видеть, при этом некоторые версии были встроены в сварочные шлемы для обеспечения зрения HDR. См. Также IEEE Technology и Society Magazine 31 (3) и дополнительный материал под названием «GlassEyes».
Аудио
XDR (аудио) используется для обеспечения более высокого качества звука при использовании микрофонных звуковых систем или записи на кассеты.
HDR Audio - это метод динамического микширования, используемый в EA Digital Illusions CE Frostbite Engine, позволяющий относительно более громким звукам заглушать более мягкие звуки.
Сжатие динамического диапазона - это набор методов, используемых при записи звука и коммуникации для передачи материала с высоким динамическим диапазоном через каналы или носители с более низким динамическим диапазоном. По желанию, расширение динамического диапазона используется для восстановления исходного высокого динамического диапазона при воспроизведении.
Метрология
В метрологии , например, когда выполняется в поддержку научных, инженерных или производственных целей, динамический диапазон относится к диапазону значений, которые могут быть измерены датчиком или метрологическим прибором. Часто этот динамический диапазон измерения ограничивается на одном конце диапазона насыщением сенсорного датчика сигнала или физическими ограничениями, которые существуют на движение или другую способность реагирования механического индикатора. Другой конец динамического диапазона измерения часто ограничен одним или несколькими источниками случайного шума или неопределенности уровней сигнала, которые можно описать как определяющие чувствительность датчика или метрологического устройства. Когда цифровые датчики или преобразователи сигналов датчиков являются компонентом датчика или метрологического устройства, динамический диапазон измерения также будет связан с количеством двоичных цифр (битов), используемых в цифровом числовом представлении, в котором измеренное значение линейно связано с цифровой номер. Например, 12-битный цифровой датчик или преобразователь может обеспечить динамический диапазон, в котором отношение максимального измеренного значения к минимальному измеренному значению составляет до 2 12 = 4096.
Метрологические системы и устройства могут использовать несколько основных методов для увеличения своего основного динамического диапазона. Эти методы включают в себя усреднение и другие формы фильтрации, корректировку характеристик приемников, повторение измерений, нелинейные преобразования для предотвращения насыщения и т. Д. В более продвинутых формах метрологии, таких как многоволновая цифровая голография , измерения интерферометрии, выполненные в разных масштабах (на разных длинах волн) можно комбинировать, чтобы сохранить то же самое низкое разрешение при расширении верхнего предела динамического диапазона измерения на порядки.
Читайте также: