Описание, инструкция по использованию тестового аудиодиска "Let's test!" (ЧАСТЬ 3)

Проверка на дорожках. Let's test! (Часть 2) Начало ТУТ и ТУТ

Источник: журнал Автозвук, 07/2002. Андрей Елютин, Николай Ефремов

БЕЛЫЙ И РОЗОВЫЙ

Розовый шум — эталонный сигнал в электроакустике. Эталонный и уникальный, потому что содержит все частоты звукового спектра сразу. Однако у тех, кто к электроакустическим измерениям не привык, возникают вопросы: почему он розовый, а не белый, ведь в области зрения именно белый — результат смешения всех цветов. Дело здесь вот в чём. Белым шумом будет такой шумовой сигнал, у которого на единицу частоты всюду приходится равная энергия. То есть: в полосе частот от 100 Гц до 101 Гц сосредоточено энергии столько же, сколько в полосе от 1000 до 1001 Гц. На экране спектроанализатора со сплошной шкалой частотная характеристика такого шума будет горизонтальной прямой. Почти прямой, потому что сигнал всё-таки хаотический и интеграция всех случайных всплесков в идеальную прямую произойдет (теоретически) через бесконечное время интеграции. Спрашивается, чем такой шум нам не угодил? Да вот чем. Раз на каждый герц энергии приходится поровну, то в полосе частот 1000 — 5000 Гц её будет в 10 раз больше, чем в полосе 100 — 500 Гц. Кому такой сигнал нужен? Только профессиональным убийцам ВЧ-динамиков.

Если подключить к источнику белого шума анализатор, измеряющий энергию, например, в третьоктавных полосах (а так устроено большинство спектроанализаторов, работающих в режиме реального времени, RTA), то сразу станет видно, как распределяется энергия по частотным полосам. С каждым удвоением частоты уровень повышается на 6 дБ, то есть — тоже в два раза. Такой шум ничего общего с реальным распределением энергии по спектру, будь то музыка, речь или природные шумы, не имеет.

Иное дело шум розовый. Своё название он получил из-за того, что его АЧХ при измерении вдоль непрерывной оси частот, имеет постоянный наклон 6 дБ/окт. Чем ниже частота, тем уровень выше. Низкие частоты по аналогии с солнечным спектром считаются красным, а верхние — синим. Получается, что красного больше, чем всего остального, оттого шум как бы розовеет.
У розового шума на каждую октаву приходится энергии поровну. От 40 до 80 Гц — столько же, сколько от 400 до 800 и от 10 до 20 кГц. Третьоктавный анализатор покажет горизонтальную прямую, и правильно сделает: к такой АЧХ приближается спектр реальных звуков.

ШУМ С ФИЛЬТРОМ

Как измеряют АЧХ системы в реальных условиях её работы? Обычно так: на вход подают розовый шум, в помещении прослушивания устанавливают измерительный микрофон и спектроанализатор реального времени (RTA, Real Time Analyser). Внутри спектроанализатора есть около тридцати узкополосных фильтров, вырезающих из полученного от микрофона сигнала полоски шириной в треть октавы. Это — принятый фактический стандарт, а выбор ширины полосы объясняется тем, что пики и провалы намного уже трети октавы (1/6 и меньше) слух практически не воспринимает. Прибор, в котором одновременно работает тридцать фильтров с измерителем уровня выходного сигнала каждого и общим дисплеем, куда все уровни выводятся в виде гистограммы — это всегда недёшево. Зато быстро.
Есть альтернативная методика: шум заранее нарезается на третьоктавные полосы, звуковое давление измеряется широкополосным измерителем, шумомером, иначе говоря. Суть процесса от этого не меняется, просто фильтрация осуществляется на стороне передачи шумового сигнала, а не на стороне приёма. Что важно, фильтрация при таком способе измерений происходит не за деньги того, кто измеряет, а за деньги того, кто готовит измерительный сигнал. Измеряющий сильно экономит, правда, затрачивает намного больше времени: тридцать третьоктавных полос, составляющих звуковой диапазон, придётся измерять по очереди, а не все сразу.

Фильтрованный розовый шум записан, например, на настроечном диске IASCA «Setup & Test». Он получен из широкополосного с помощью фильтров с очень высокой крутизной характеристики, 48 дБ/окт. Вместе такие полосы (их 31) перекрывают диапазон от 20 Гц до 20 кГц, и то и другое включительно. Однако позже придумали усовершенствование в этой технологии измерений, основанной на применении псевдошумового сигнала вместо фильтрованного шумового. Чем плох фильтрованный розовый шум? Во-первых, даже при использовании фильтров с очень высокой крутизной, каждая полоса захватывает диапазон частот шире, чем треть октавы. На уровне -20 дБ, например, сигнал с «Setup & Test» имеет ширину полосы уже втрое больше, чем на номинальном уровне. Но это ещё полбеды. Шум — сигнал хаотический. Пока значение амплитуды усреднится, должно пройти некоторое время. При работе с RTA это не проблема, он — многостаночник и лишние несколько секунд погоды не делают. Когда же приходится мерить «ручками», полосу за полосой, желательно иметь более предсказуемый в смысле амплитуды сигнал. Он есть, и называется псевдошумовым. Делается он из синусоидального, частота которого случайным образом меняется в строго заданном диапазоне, например, для полосы с центральной частотой 315 Гц это будет от 280 до 250, и ни на герц туда или сюда. То, что частота меняется случайно, делает такой сигнал близким к шумовому, а поскольку сырьё — тональный сигнал, случайных колебаний амплитуды не возникает. АЧХ двух соседних полос псевдошумового сигнала с нашего диска можно увидеть на графике и оценить то обстоятельство, что на уровне -20 дБ по отношению к номинальному ширина полосы возрастает крайне незначительно.
Постоянство амплитуды псевдошумового сигнала наиболее наглядно демонстрируют трёхмерные картинки, где показано изменение амплитуды и частоты со временем. «Горный кряж» фильтрованного розового шума имеет хаотически меняющуюся высоту, а узкий, тоже довольно причудливо извивающийся хребет псевдошума высоту над уровнем моря имеет постоянную. Что нам и нужно.