Jak chápat pojmy dynamický rozsah a přebuditelnost

By | 18.5.2004

Každý ozvučovací systém má svůj vlastní šumový práh, což je zbytkový elektronický šum tohoto zařízení (a také šum okolního prostředí). DYNAMICKÝ ROZSAH systému je roven rozdílu maximální výstupní úrovně systému a šumového pozadí.

Koncert s rozsahem úrovní zvuku od 30dB SPL (což je na hranici ticha) do 120dB SPL (práh bolestivosti) má dynamický rozsah 90dB (SPL je zkratka Sound Pressure Level = hladina akustického tlaku). Úroveň elektrického signálu ve zvukové aparatuře (udávaná v dBu) je přímo úměrná úrovni původnímu akustickému tlaku ( v dB SPL) působícím na mikrofon. Když zvuková úroveň programu dosahuje 120 dB SPL, maximální linková úroveň (na výstupu mixpultu může dosahovat +24dBu (12,3V) a maximální výstupní úroveň výkonu zesilovače je ve špičce 250W. Podobně, když úroveň zvuku klesne na 30dB SPL, minimální linková úroveň bude -66dB (0,388mV) a úroveň výstupního výkonu zesilovače klesne na 250 nW (nanoWattů).

Program, nyní převedený z akustického signálu na elektrický, má stále dynamický rozsah 90dB: +24dBu – (-66dBu) = 90dB. Tato převoditelnost dB SPL na dBu nebo dBm je udržována v celém zvukové aparatuře až po výstup reproduktorového systému. Podobná příbuznost platí pro jakýkoliv způsob zesilování zvuku, nahrávací studio, diskotéku nebo rozhlasové vysílání.

Průměrná linková úroveň v typickém komerčním zvukovém systému je +4dBu (1,23V), což odpovídá průměrné zvukové hladině 100dB SPL. Tato průměrná úroveň se obvykle nazývá „nominální“ úroveň programu. Rozdíl mezi nominální a nejvyšší (špičkovou) úrovní v programu je PŘEBUDITELNOST. Ve výše uvedeném příkladu je přebuditelnost 20dB. Proč je to tak? Odečtěte nominální hodnotu od maximální a vidíte, že: 120dB SPL – 100dB SPL = 20dB. Přebuditelnost je vždy vyjádřena v čistých „dB“, poněvadž popisuje toliko poměr, ne absolutní úroveň; „20dB“ je přebuditelnost, nikoliv „20dB SPL“. Podobně elektrická přebuditelnost je 20dB a vypočte se takto: +24dBu – (+4dBu) = 20dB. Opět, „20dB“ je přebuditelnost, nikoliv „20dBu“. Předpokládejme, že zesilovač pracuje těsně pod hranicí limitace na max špičkovém výkonu 250W, a nominální úroveň je 2,5W, takže také pracuje s 20dB přebuditelností (20dB nad nominálním = 100-násobný výkon). (Pozn. překl.: Všimněte si, že elektrický výkon zesilovače se zvýšil 100x při zvýšení úrovně napětí 10x. Je to logické, elektrický výkon roste s druhou mocninou elektrického napětí na zátěži.)

Jestliže jiný zvukový systém byl osazen někde podél dané linky odvody s větší úrovní šumu a méně způsobilým linkovým zesilovačem než v předchozím příkladu, může mít šumový práh -56dBu (1,23mV) a špičkovou výstupní úroveň +18dBu (6,16V). Dynamický rozsah tohoto systému může být pouze 74 dB. Při původním dynamickém rozsahu programu 90dB je zřejmé, že 16dB bude „ztraceno“ ve zvukové aparatuře. Jak se ztratí? Mohou se objevit ostré limitace špiček programu, kdy výstup nemůže jít výše v odezvě na vyšší vstupní úroveň. Tiché pasáže, spojené s nejnižšími signálovými úrovněmi, zase mohou být „pohřbeny“ v šumu. Obvykle se tento 16dB rozdíl dynamického rozsahu mezi možnostmi aparatury a zvukovým polem před mikrofonem dílem ztrácí oběma uvedenými způsoby. Systém schopný dodat na výstupu +24dBu a s šumovým pozadím -66dBu nebo lepším, anebo při +8dBu na výstupu s šumovým pozadím -82dBu, je schopný přenášet celý dynamický rozsah 90dB. Takže pro kvalitní zesilování zvuku nebo reprodukci hudby je nezbytné, aby systém měl malý vlastní šum a byl schopen dodávat vysoké výstupní úrovně bez zkreslení.

(obrázek je dostatečně veliký a čitelný, bohužel se však nevešel, pro zobrazení v plné velikosti si jej stáhněte do vašeho počítače)

SOUND LEVEL AT MICROPHONE (SOUND PRESSURE) = vstupní úroveň akustického tlaku na mikrofonu

MAXIMUM SOUND LEVEL (THRESHOLD OF PAIN) = maximální zvuková hladina (práh bolestivosti)

AMBIENT NOISE LEVEL = úroveň šumového pozadí

Pozn.: V levém diagramu je tisková chyba, rozpětí 30dB SPL až 120dB SPL není 30dB SPL AMBIENT NOISE LEVEL, ale 90dB DYNAMIC RANGE, což korensponduje se správným údajem v diagramu vpravo.

Ve zvláštním případě, jakým je analogový magnetofonový záznam, je dynamický rozsah často omezen vlastním šumem pásku a jeho zkreslením při vysokých úrovních spíše než vlastní elektronikou. Zde se používá obvyklých metod, bránících ztrátrám v nahrávaném programu vlivem šumu a limitace. Profesionální i spotřební magnetofony bývají vybaveny systémy pro omezení šumu, známé též jako kompandéry (vyvinuté společnostmi jako je Dolby Laboratories a dbx, Inc.). Kompandér umožňuje takové zpracování originálního programu během procesu záznamu a přehrávání , aby se před nahráváním dynamický rozsah zmenšil a obráceným postupem pak obnovil na původní hodnotu při přehrávání záznamu. Žádanými systémy s velkým dynamickým rozsahem jsou CD přehrávače, digitální audio záznam na pásek (DAT), a FM záznam (FM = frekvenční modulace), používaný u videorekordérů pro zvukové stopy.

Napsat komentář