Выравнивание - глобальное или локальное

Эквалайзер (выравнивание) - это как наиболее часто используемая, так и наиболее часто не используемая функция обработки сигналов. Приведенный выше пример, в котором был исправлен минимальный фазовый тип громкоговорителя, был примером глобального выравнивания. Коррекция, которая волшебно улучшает качество звука для всех слушателей, независимо от того, где они могут находиться в прямом поле громкоговорителя. Глобальное выравнивание громкоговорителя является как законной, так и желательной функцией обработки сигнала. Для точного выполнения такого выравнивания часто требуются услуги многодиапазонного параметрического эквалайзера. Такие эквалайзеры позволяют регулировать как назначение частоты фильтра, а также ширину и глубину фильтра.

Локальное выравнивание, когда оно может быть законно применено, улучшает качество звука только в одной точке, отрицательно влияя на качество звука во всех других точках. Чтобы оценить это, мы рассмотрим простой пример, когда локальное выравнивание используется для отрицания эффектов одного граничного отражения. На рисунке 22-59 изображена физическая ситуация, которая должна быть рассмотрена.

У слушателя на рисунке есть только его левое ухо. Он, возможно, глупо потратил слишком много часов на стрельбище без защиты слуха. Учтите, что изображенный коаксиальный громкоговоритель фактически установлен в правильно закрытом корпусе и что его кроссовер является бесшовным. Расстояния таковы, что ослабленный отраженный звук достигает двух миллисекунд после прямого звука, имея широкополосное затухание 3 дБ.

Рисунок 22-59. Прямой звук сопровождается одним граничным отражением.

Мы будем очень щедры в описании отклика громкоговорителя, предоставив ему фильтр высоких частот Баттерворта второго порядка и низкочастотную характеристику в точках -3 дБ при 20 Гц и 20 кГц. Это гораздо легче сказать, чем сделать! После того как t = 0 совпадает с приходом прямого звука, передаточная функция, описывающая прямой звук, кроме масштабного коэффициента, может быть записана как:

где, f0 - 20 Гц, ω0 - 2πf0.

Амплитудные и фазовые отклики, связанные с прямым звуком, представлены на рис. 22-60 и на рис. 22-61.

Рисунок 22-60. Амплитудный отклик прямого звука.

Рисунок 22-61. Фазовый отклик прямого звука.

Отражение имеет амплитуду, которая составляет -3 дБ на всех частотах и ​​задерживается во времени на 2 мс относительно прямого звука и, таким образом, описывается передаточной функцией:

Передаточная функция, описывающая комбинацию прямого и отраженного звука:

В стороне от масштабного фактора, уравнение 22-148 описывается линейной комбинацией прямого звука плюс ослабленная задержка отражения в ухе слушателя. Можно было бы ожидать, что спектр этого сигнала будет иметь эффекты гребенчатого фильтра. Это действительно так, как показано в амплитудно-фазовом поведении этого составного сигнала, показанного на рис. 22-62 и 22-63. Обратите внимание, что отображаемый диапазон частот ограничен до 4000 Гц из-за узкого расстояния между интервалами.

Вопрос на этом этапе сводится к определению того, можно ли убрать эффекты отражения с помощью какого либо метода выравнивания. Математически это сводится к выяснению того, какие шаги следует предпринять для уменьшения уравнения 22-148 к уравнению 22-146. С математической точки зрения это можно сделать путем умножения уравнения 22-148 на коэффициент:

Рисунок 22-62. Амплитудный отклик прямого плюс отраженного звука.

Рисунок 22-63. Фазовый отклик прямого и отраженного звука.

Передаточная функция эквалайзера, необходимая для выполнения этой функции, должна быть:

Теперь вопрос заключается в том, можно ли физически построить такой эквалайзер. Помните, что для того, чтобы иметь физически реализуемую стабильную систему, полюса для передаточной функции должны иметь отрицательные вещественные части. При рассмотрении уравнения 22-149 найдено, что числитель является константой и, следовательно, нет нулей, связанных с передаточной функцией. Полюсы передаточной функции расположены при значениях S, для которых знаменатель обращается в нуль. Эти значения S являются значениями, для которых:

где n = 1, 3, 5, 7, ... все нечетные целые числа.

В принципе этот эквалайзер физически реализуем, так как все полюсы имеют отрицательные вещественные части и, следовательно, лежат в левой половине комплексной плоскости. Полюсы комплексные и учитывают все возможные частоты, бесконечные по числу. На практике нужно учитывать только те, которые попадают в полосу пропускания громкоговорителя. Даже с этим ограничением должно быть рассмотрено не менее 80 полюсов. Амплитудные и фазовые отклики требуемого эквалайзера представлены на рис. 22-64 и 22-65.

Хорошей новостью является то, что если эквалайзер, имеющий передаточную функцию, описанную HE, вставлен в электронную цепь, то односторонний наблюдатель будет испытывать только то, что было бы только прямым звуком из громкоговорителя. Это достигается путем искажения сигнала возбуждения на громкоговорителе таким образом, чтобы полностью отрицать эффекты отражения. Обратите внимание, что для этого требуется усиление сигнала возбуждения более 10 дБ на определенных частотах, сопровождаемое разрезом более 4 дБ на других частотах. Повышение более чем на 10 дБ может легко привести к затруднениям с запасом (headroom). Теперь о плохих новостях. Несмотря на то, что наблюдатель с одним ухом будет очень доволен, как насчет тех наблюдателей, которые подвергаются воздействию только прямого звука? Другие наблюдатели будут подвергаться воздействию звукового поля, характеризующегося только произведением передачи сигнала громкоговорителя с передаточной функцией эквалайзера. Эти наблюдатели будут испытывать частотную характеристику, описанную на рис. 22-66 и 22-67.

Рисунок 22-64. Амплитудный отклик эквалайзера.

Рисунок 22-65. Фазовый отклик эквалайзера.

Рисунок 22-66. Выровненный амплитудный отклик для наблюдателей, не подверженных отражению.

Рисунок 22-67. Выравненный фазовый отклик для наблюдателей, не подверженных отражению.

Таким образом, глобальное выравнивание всегда должно применяться к прямому полю громкоговорителя, поскольку это улучшает звук для всех наблюдателей. Локальное выравнивание действительно возможно, но его применение может улучшить звук в выбранной точке, одновременно ухудшая звук, испытываемый в других точках. Как правило, выравнивание следует применять с осторожностью, так как вполне могут возникнуть трудности с запасом (headroom), приводящие к искажению и, возможно, тепловому отказу громкоговорителя.

Все вышеприведенные анализы касались аналоговых систем, в которых время является непрерывной переменной, а задействованными сигналами были аналоговые переменные, такие как постоянные зависящие от времени напряжения, токи, акустические давления и т. д.

Мы переходим к цифровым системам, где время измеряется в дискретных интервалах, а зависимые переменные - это последовательность двоичных закодированных значений, таких как те, которые выдаются из АЦП. Теория системы в этом случае основана не на преобразовании Лапласа, а на соответствующем дискретном переменном преобразовании, известном как Z-преобразование. Важно не путать применение символа Z в связи с дискретными системами с использованием того же символа Z при описании электрического импеданса.

 






Дата добавления: 2022-05-07; просмотров: 13;


Поделитесь с друзьями:

Вы узнали что-то новое, можете расказать об этом друзьям через соц. сети.

Поиск по сайту:

Введите нужный запрос и Знаток покажет, что у него есть.
Znatock.org - 2022-2022 год. Для ознакомительных и учебных целей. | Обратная связь | Конфиденциальность
Генерация страницы за: 0.025 сек.