Казалось бы, что здесь сложного - измерить напряжение? Подключи вольтметр - и измеряй себе на здоровье! Если бы всё было так просто... Так легко бывает, наверно, только у электриков. В звуке всё гораздо сложнее. Реальные звуковые сигналы похожи на всё что угодно, кроме известной всем синусоиды. При измерении уровней звуковых сигналов результат будет зависеть как от характера анализируемой фонограммы, так и от типа применяемого вольтметра. "Секрет" здесь заключается в том, что звуковой сигнал имеет ярко выраженный импульсный характер, со значительным пик-фактором. (Пик-фактором называется отношение мгновенной, "пиковой" амплитуды сигнала к его эффективному, действующему значению).
Пик-фактор очень сильно отличается у различных звуковых источников. Для нормально сведённой фонограммы поп-музыки (не "пережатой") он составляет величину порядка 12 дБ, для речи 18-20 дБ, а уж для необработанной фонограммы, да ещё отдельных треков, а если там записаны ударные... Даже подумать страшно!
Соответственно и разные типы вольтметров на одном и том же сигнале будут давать различные показания.
Существуют три основных типа вольтметров - вольтметр "средних значений", "пиковый" вольтметр и вольтметр "действующих значений", иначе называемый "среднеквадратичный" (RMS).
- Вольтметр средних значений (VU-meter, или "волюметр") исторически появился самым первым, и является самым простым по устройству - показывающий прибор просто включён в диагональ диодного моста. Динамические характеристики измерителя полностью определяются инерционными параметрами стрелочного индикатора, а все механические измерители имеют весьма значительный разброс по этим параметрам, соответственно и показывает он по преимуществу "цену на дрова на северном полюсе во время засухи".
Однако - благодаря его длительному применению - звукорежиссёры накопили богатый опыт работы, позволяющий (при соответствующей практике) правильно оценивать показания измерителя и вносить необходимые поправки "на слух", с учётом характера звукового материала. Только этим - и ничем иным - и объясняется такая феноменальная "живучесть" этого типа измерителей.
- Вольтметр действующих значений (среднеквадратичный) показывает величину напряжения, пропорциональную реальной долговременной мощности сигнала, его "тепловой эквивалент" И в самом деле, лучшие RMS-вольтметры построены именно с использованием термопреобразователей - исследуемое напряжение нагревает термоэлемент, по температуре которого и судят о величине напряжения.
Однако, как вы понимаете, нагрев термоэлемента - дело долгое, измеритель получается излишне инерционным, и применять его для оценки звуковых сигналов - занятие неблагодарное. Другое дело - измерение напряжения шумов.
Запомните! Измерять уровень шумов аппаратуры можно только среднеквадратичным вольтметром! И никаким иным! При использовании любых других - ошибки в результатах из-за стохастического характера шумов абсолютно непредсказуемы!
- Пиковый вольтметр в подавляющем большинстве случаев как раз и служит измерителем уровней звуковых сигналов в профессиональной аппаратуре. Однако он "в чистом виде" малопригоден для работы, так как, реагируя даже на самые короткие пики сигнала, будет давать постоянно завышенные показания, а фонограмма при этом будет тихой. Как же быть? Выход был найден в некотором (намеренном) "ухудшении" параметров измерителя - таким образом, чтобы отдельные, "очень уж короткие" пики сигналов он как бы "перестал видеть". Для этого в схему измерителя были введены специальные интегрирующие зарядно-разрядные цепочки, определяющие динамические характеристики прибора. Такие измерители получили название "квазипиковые", и вот они-то на самом деле и являются теми измерителями, с которыми мы имеем дело в повседневной практике.
Запомните! ВСЕ измерители, на которых написано "Peak" - на самом деле являются квазипиковыми! Единственные чисто пиковые измерители - это индикаторы "Over" на некоторых цифровых рекордерах.
Самые первые квазипиковые измерители имели время интеграции 60 миллисекунд, что примерно соответствует инерционности человеческого слуха. Время интеграции - это величина, определяющая быстродействие измерителя - или, иначе говоря, - длительность тех коротких пиков сигнала, на которые измеритель ещё реагирует. На более короткие сигналы измеритель, конечно, тоже реагирует, но плохо, слабо. Постепенно, с ростом технических требований к качеству записей, ужесточались и требования к измерителям уровней. Требовалось всё большее отношение сигнал/шум, постоянно возрастал уровень записи (намагниченность ленты), и всё меньшим становился запас по перегрузке. (А "цифра", например, не терпит вообще никаких перегрузок, даже малейших)
Чтобы более-менее надёжно контролировать максимальные уровни сигналов, стали увеличивать быстродействие измерителей. Сначала время интеграции было уменьшено до 10 миллисекунд, а затем - и вовсе до 5 миллисекунд. Считается, что искажения перегрузки с длительностью менее 5 мс ухо не замечает. Смотря какие искажения! Цифровые - ещё как замечает...
Но... За всё приходится платить. В данном случае за увеличение быстродействия измерителей пришлось расплачиваться значительным увеличением разрыва между субъективно воспринимаемой громкостью звучания и показаниями индикаторов. Хотя в случае современной поп-музыки, до предела "сжатой", закомпрессированной, этот разрыв не очень уж и велик.
Итак - 60-мс измерители удовлетворительно соответствуют субъективному восприятию громкости, но плохо показывают пики сигналов. 5-мс измерители хорошо индицируют пики, но их показания плохо коррелируют с громкостью звука.
Как быть? Да очень просто. Решите - что вам, собственно, нужно контролировать? Если вы радиоинженер и обслуживаете передатчик или другую линию связи, то для вас главное - не допустить перегрузки. Смело выбирайте самый быстрый индикатор - и спокойно работайте. Но если вы звукорежиссер, то перед вами встанет проблема "плотности" звучания и других художественных особенностей. Тупик? Пока ещё нет. Есть два выхода. Первый - это применение "двойных" индикаторов, которые показывают оба значения - и пиковое, и действующее. Они уже существуют и довольно широко применяются, хотя в их конструкции наличествует оттенок лёгкого и нестрашного вранья: индикатор "Peak" реально квазипиковый (см. выше), а та часть индикатора, которая на самом деле показывает истинный RMS-уровень (есть и такие, только цена "кусается"), стыдливо, по инерции, именуется "VU".
Но возможен и второй выход. Как знать, может быть, со временем, когда звукорежиссёры накопят достаточный опыт, снова повторится история с волюметром, только на этот раз "с точностью до наоборот"? А как вы думаете?..
| N,dB | A | N,dB | A |
| 0.1 | 1.012 | -0.1 | 0.989 |
| 0.2 | 1.023 | -0.2 | 0.977 |
| 0.3 | 1.035 | -0.3 | 0.966 |
| 0.4 | 1.047 | -0.4 | 0.955 |
| 0.5 | 1.059 | -0.5 | 0.944 |
| 0.6 | 1.072 | -0.6 | 0.933 |
| 0.7 | 1.084 | -0.7 | 0.923 |
| 0.8 | 1.096 | -0.8 | 0.912 |
| 0.9 | 1.109 | -0.9 | 0.902 |
| 1.0 | 1.122 | -1.0 | 0.892 |
| 1.259 | -2 | 0.794 | |
| 1.412 | -3 | 0.707 | |
| 1.585 | -4 | 0.630 | |
| 1.778 | -5 | 0.562 | |
| 1.996 | -6 | 0.501 | |
| 2.239 | -7 | 0.447 | |
| 2.512 | -8 | 0.398 | |
| 2.818 | -9 | 0.355 | |
| 3.162 | -10 | 0.316 | |
| 3.548 | -11 | 0.282 | |
| 3.981 | -12 | 0.251 | |
| 4.467 | -13 | 0.224 | |
| 5.012 | -14 | 0.200 | |
| 5.623 | -15 | 0.178 | |
| 6.310 | -16 | 0.158 | |
| 7.080 | -17 | 0.141 | |
| 7.943 | -18 | 0.126 | |
| 8.913 | -19 | 0.112 | |
| 10.0 | -20 | 0.100 | |
| 31.623 | -30 | 0.031 | |
| 100.0 | -40 | 0.010 |
ПРИЛОЖЕНИЕ. ТАБЛИЦА ПЕРЕВОДА ДЕЦИБЕЛ В ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ЕДИНИЦЫ
Как пользоваться таблицей?
Cложите из составляющих в графе dB необходимую вам величину, а коэффиеценты из графы А - перемножьте, это и будет искомый результат.