Что такое пик фактор сигнала

Термин пик-фактор

2 сообщения в этой теме

Рекомендуемые сообщения

Присоединиться к обсуждению

Вы можете ответить сейчас, а зарегистрироваться позже. Если у вас уже есть аккаунт, войдите, чтобы ответить от своего имени.

Информация

Недавно просматривали 0 пользователей

Ни один зарегистрированный пользователь не просматривает эту страницу.

Популярные темы

Автор: AtaVist
Создана 11 Августа 2017

Автор: Alexey
Создана 28 Февраля 2009

Автор: AtaVist
Создана 11 Августа 2017

Автор: larina 38
Создана 1 Декабря

Автор: AlexMETRОLОG
Создана 16 Декабря

Автор: владимир 332
Создана 15 Ноября

Автор: Mariya888
Создана 5 Февраля

Автор: AtaVist
Создана 11 Августа 2017

Автор: larina 38
Создана 1 Декабря

Автор: Геометр
Создана 2 Декабря

Автор: Дмитрий1971
Создана 5 Января 2020

Автор: Mariya888
Создана 5 Февраля

Автор: AtaVist
Создана 11 Августа 2017

Автор: berkut008
Создана 16 Января 2019

Автор: ЭДСка
Создана 23 Ноября 2020

Автор: Metrolog-sever
Создана 2 Июля 2014

Автор: владимир 332
Создана 3 Декабря 2019

Автор: AtaVist
Создана 11 Августа 2017

Автор: berkut008
Создана 16 Января 2019

Автор: Metrolog-sever
Создана 2 Июля 2014

Источник

Почему измерителей сигнала так много?

Измерить сигнал, что может быть проще? Подключил вольтметр и измеряй. Но, не всё так просто. Реальные звуковые сигналы — это не синусоида. Они устроены гораздо сложнее. Поэтому при измерении уровней звуковых сигналов используют несколько типов измерителей. Почему?

Дело в том, что измерители имеют различные динамические параметры и, соответственно, по-разному реагируют на разнообразные реальные сигналы. Следовательно и области применения их несколько отличаются. По одним удобно следить за максимальными уровнями сигналов, но реальную громкость они практически не отображают. Другие, наоборот, несмотря на то что они плохо реагируют на пики сигналов, вполне удовлетворительно отражают субъективную воспринимаемую нами громкость (уровень) сигнала.

Пик-фактор

Итак, существуют три основных типа вольтметров — вольтметр «средних значений», «пиковый» вольтметр и вольтметр «действующих значений», иначе называемый «среднеквадратичный» (RMS).

VU-измеритель

VU-измеритель — это вольтметр средних значений (VU-meter, или «волюметр»). Он 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.

RMS- измеритель

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!

PEAK- измеритель

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» (PPM — международное обозначение), 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.

При работе в виртуальной звуковой студии (секвенсоре) сейчас распространено применение «двойных» индикаторов, которые показывают оба значения — и пиковое, и действующее. Хотя следует понимать, что 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, иногда именуется «VU».

Для единообразия применения динамические характеристики двух типов измерителей стандартизированы.

Квазипиковый измеритель должен иметь время интеграции 5 мс, а время возврата — 1,7 с. По определению, время интеграции — это длительность такой одиночной тональной посылки, при которой указатель индикатора доходит до отметки –2 дБ, а время возврата — это время, за которое указатель индикатора после отключения от его входа сигнала номинального уровня опускается до отметки –20 дБ.

В отличие от квазипиковых, у измерителей средних уровней нет раздельных времен интеграции и возврата, а есть только одно, одинаковое для обоих направлений перемещения указателя, оно называется постоянной времени. В измерителях со светодиодным или иными световыми указателями постоянная времени измерительной схемы должна составлять 300 мс.

Как пользоваться измерителями?

Поскольку квазипиковые (PPM-Meter) и измерителей средних уровней (VU—Meter) имеют различные динамические свойства и, следовательно, по-разному реагируют на реальные сигналы, их области применения различаются. По квазипиковому индикатору удобно следить за максимальными уровнями сигналов (чтобы не допустить перегрузки устройств записи или усиления звука), однако реальную громкость сигналов он практически не отображает. VU-измерители плохо реагируют на пики сигналов, однако вполне адекватно отражают именно громкость, субъективно воспринимаемую слуховым аппаратом человека.

Неудивительно, что их используют совместно. Это очень разумное решение.

В наши дни в секвенсорах имеются для линейки светодиодов или специализированные индикаторы, на которых одновременно отображаются и пиковое, и среднее значения уровня в виде светящегося столбика и перемещающейся точки или черточки (peak hold). Часто эти два измерителя имеют одно и то же время интеграции, только точка либо гораздо медленнее возвращается, либо на определенный промежуток времени фиксируется, а затем гаснет. Подобные измерители реализованы программным путем в звуковых редакторах и в плагинах. В ряде случаев пиковые значения сигнала отображаются не в графической, а в числовой форме.

При использование такого «совмещённого» измерителя нужно понимать, что в цифровой аппаратуре амплитуда сигнала запоминается в виде числа и не является непрерывно изменяющимся напряжением, граница максимума на самом деле является максимально допустимым значением. В общих чертах у цифровой аппаратуры нет запаса динамического диапазона; следовательно, уровень входного сигнала нужно установить таким, чтобы амплитуда сигнала, оставаясь близкой к 0 дБ, ни при каких условиях не переходила эту границу. Иначе при превышении верхнего порога сигнала происходит не плавное искажение формы сигнала (как в аналоговой аппаратуре), а срезание верхушек колебания, оказывающихся выше этого порога.

Если вы не хотите, чтобы тембр звука получился специфическим и неприятным на слух, что характерно для цифрового ограничения сигнала, сделайте так, чтобы показания цифрового индикатора ни при каких условиях не переходили верхний порог.

В общем случае невозможно уменьшить уровень входного сигнала, если он уже поступил в компьютер; если он слишком сильный, необходимо уменьшить уровень сигнала на выходе источника сигнала или на входе устройства сопряжения аудиоаппаратуры.

Краткие сведения о различных VU/PPM — измерителях уровня

Обычно в дополнительных настройках измерителя в секвенсоре можно выбрать ряд настроек шкал и динамических свойств измерителей. Зачем? Дело в том, что в теории и в практике измерения уровня аудиосигнала нет единства и жесткой стандартизации. Давным-давно крупные разработчики радиоаппаратуры пошли каждый своим путем.

Вот небольшая таблица:

При воспроизведении одной и той же фонограммы столбики различных измерителей уровня будут «колыхаться» по-разному. Любителю заметить разницу при переходе от одного измерителя к другому сложно, а профессионал (привыкший к одному измерителю) будет испытывать дискомфорт при переходе на другой.

На этом всё. Удачи в проектах!

Спасибо, что читаете New Style Sound ( RSS-лента ). Подписывайтесь и делитесь статьями с друзьями.

Источник

Характеристики первичных сигналов

Динамический диапазон и пик-фактор

Мгновенная мощность сигналов связи может принимать различные значения в самых широких пределах. Чтобы охарактеризовать эти пределы, вводят понятия динамического диапазона и пик-фактора сигнала.

Динамический диапазон сигнала, дБ, определяется выражением:

где Р_тах и Р_тiп – максимальное и минимальное значения мгновенной мощности.

Под Р_тах обычно понимают значение мгновенной мощности сигнала, вероятность превышения которого достаточно мала (на­пример, равна 0.01). О величине этой вероятности условливаются для каждого конкретного сигнала.

Пик-фактором сигнала называют отношение его максимальной мощности к средней. В логарифмических единицах:

В некоторых случаях динамический диапазон и пик-фактор определяют не в логарифмических, а в абсолютных единицах (в «разах»).

Информационная емкость сигналов

Характеристикой сигнала является также количество информации, переносимой им в едини­цу времени, т.е. информационная емкость сигнала, бит/с.

Для непрерывного (аналогового) сигнала количество информации опреде­ляется по формуле:

I = ΔFc log2(1 + Pср/Pп),

где ΔF_c – ширина спектра сигнала;

Р_ср – средняя мощность сигнала;

Для дискретного (или цифрового) сигнала количество информации может быть подсчитано по формуле:

f_т = 1/Т – тактовая частота, численно равная скорости передачи, т. е. чис­ло импульсов в секунду;

Т – период импульсной последовательности (тактовый интервал);

l_k – число разрешенных значений (уровней), которые может при­нимать дискретный сигнал;

р_i – вероятность появления сигнала с i-м уровнем.

Если импульсы различных уровней равновероятны, т. е. p_i = 1/l_k, то

.

В этом случае зависимости от уровня нет, каждый уровень несет одинаковое количество информации.

5 Модуляция сигналов. Виды модуляции.

Модуляция сигналов

Перенос сигнала из одной точки пространства в другую осуще­ствляет система электросвязи. Электрический сигнал является, по сути, формой представления сообщения для передачи его системой электросвязи.

Чтобы передать сигнал в системе электросвязи, нужно воспользоваться каким-либо переносчиком. В качестве пере­носчика естественно использовать те материальные объекты, которые имеют свойство перемещаться в пространстве, на­пример электромагнитное поле в проводах (проводная связь), в открытом пространстве (радиосвязь), световой луч (оптическая связь).

Обычно в качестве переносчика используется гармоническое колебание высокой частоты – несущее колебание. Процесс преобразования первичного сигнала заключается в изменении одного или нескольких параметров несущего колебания по заказу изменения первичного сигнала (т.е. в наделении несуще­го колебания признаками первичного сигнала) и называется модуляцией.

Причина использования в качестве несущего колебания гармонического колебания высокой частоты заключается в том, что с ростом частоты растет и энергия колебания, а это способствует более дальнему распространению сигнала в среде передачи.

Импульсная модуляция; Широтно импульсная модуляция; Частотная импульсная модуляция; Фазовая модуляция; Импульсно кодовая модуляция.

Амплитудная модуляция.

В данном типе модуляции первичный сигнал управляет амплитудой сигнала-переносчика (несущего колебания).

6 Импульсная модуляция

Импульсная модуляция

Часто в качестве переносчика используют периодическую после­довательность сравнительно узких импульсов. Последовательность прямоугольных импульсов одного знака v₀(t) характеризуется параметрами (рис. 2.14): амплитудой импульсов V, длительностью (шириной) импульсов τ_и; частотой следования (или тактовой частотой) f_T =1/T, где Т – период следования импульсов (ω_T = 2πf_T); положе­нием (фазой) импульсов относительно тактовых (отсчетных) точек. Отношение T/τ_и называется скважностьюимпульса.

Рис. 2.14. – Последовательность прямоугольных импульсов

По закону передаваемого первичного сигнала можно изменять (мо­дулировать) любой из перечисленных параметров импульсной после­довательности. При этом модуляция называется импульсной.

Рис. 2.15. а, б, в, г, д – Варианты импульсной модуляции

В качестве примера на рис. 2.16 показан спектр АИМ-сигнала при модуляции импульсной последовательности сложным первичным сигналом s(t) с полосой частот от 0 до Ω. Он содержит спектр ис­ходного сигнала s(t), все гармоники тактовой частоты ω_T (т.е. часто­ты 2ω_Т, Зω_Т, 4ω_Т и т.д.) и боковые полосы частот около гармоник так­товой частоты.

Рис. 2.16. – Спектр АИМ-сигнала

Спектры сигналов ШИМ, ЧИМ и ФИМ имеют еще более слож­ный вид.

Импульсные последовательности, изображенные на рис. 2.15. а, б, в, г, д, на­зываются последовательностями видеоимпульсов. Если позволяет среда распространения, то видеоимпульсы передаются без дополни­тельных преобразований (например, по кабелю). Однако по радиоли­ниям передать видеоимпульсы невозможно. Тогда сигнал подвергают второй ступени преобразования (модуляции).

Модулируя с помощью видеоимпульсов гармоничное несущее ко­лебание достаточно высокой частоты, получают радиоимпульсы, ко­торые способны распространятся в эфире. Полученные в результате сочетания первой и второй ступеней модуляции сигналы могут иметь названия АИМ-АМ, ФИМ-АМ, ФИМ-ЧМ и др.

7 Импульсно-кодовая модуляция

Импульсно-кодовая модуляция применяется во всех современных цифровых системах связи для оцифровки голосовых (речевых) сигналов.

Этапы преобразования сигнала к ИКМ-модулированному сигналу:

На данном этапе применяется теорема Котельникова для дискретизации сигналов: «Для однозначного восстановления аналогового сигнала из дискретного, частота дискретизации такого сигнала должна быть больше или равна удвоенному значению максимальной частоты спектра исходного аналогового сигнала».

Рис. 2.17. – Диапазон частот канала тональной частоты

Если f_д 2F_max, дискретизация избыточна, т.е. увеличение частоты дискретизации приводит к усложнению оборудования при том же качестве восстанавливаемого сигнала (рис. 2.20).

Рис. 2.20. – Дискретизация сигнала при f_д > 2F_max

Для телефонного сигнала с учетом защитного интервала F_max = 4 кГц (рис. 2.17.), f_д = 8 кГц.

2. Квантование. Квантование – разбиение сигнала на уровни по амплитуде. На рис 2.21. а, показан пример телефонного сигнала. На этом этапе происходит деление шкалы амплитуд определенным образом на кванты. Квантование может быть равномерным, а может быть и неравномерным.

Рис. 2.21. а, б – Квантование сигнала

На рис 2.21. б, показан дискретизированный квантованный сигнал. Поскольку уровни квантования берутся с определенным шагом, не всегда текущее значение сигнала попадает на данный квант. Такие выборки автоматически округляются до ближайшего уровня квантования, в связи с этим возникает, так называемая, ошибка квантования Δδ.

где l – высота уровня квантования.

Для телефонной связи в таком случае получаем: F_max = 4 кГц; f_д = 8 кГц.

R = 8 кГц · 8 бит = 64 кбит/сек – скорость передачи речи в цифровом канале.

8 Принципы построения систем передачи с временным разделением каналов

Если в системах передачи с частотным разделением каналов телефонные каналы передавались по одной паре проводов на разных неперекрывающихся частотах, то в системах передачи с временным разделением каналов спектры различных телефонных сигналов не отделены друг от друга. Разделение каналов происходит во временной плоскости. По сути пара проводов используется абонентами по очереди для передачи информации. Однако время между пользованиями линии одним абонентом существенно мало, поэтому он даже не замечает разрывов. Покажем принцип работы системы передачи с временным разделением каналов на примере трех канальной системы.

Рис. 6.1. – Принцип временного разделения сигналов

9 Иерархическое построение многоканальных систем передачи с импульсно-кодовой модуляцией

В настоящее время существуют 3 иерархии: Европейская, Американская и Японская. В таблице 6.1 приведены все 3 иерархии.

Российская федерация приняла в качестве национальной европейскую иерархию построения цифровых систем передач.

Канал, в котором цифровая информация передается со скоростью 64 кбит/с, получил название основного цифрового канала. Возможности любой цифровой системы передачи оцениваются числом организованных с ее помощью именно таких стандартных каналов.

Чем выше ступень иерархии, тем больше организуется каналов и тем мощнее цифровой поток или, другими словами, тем выше его ско­рость. К системам передачи, стоящим в самом низу иерархической лестницы, относится аппаратура ИКМ-30 (первичный уровень). У подобных систем переда­чи сравнительно невысокая скорость цифрового потока (около 2 Мбит/с), что делает их пригодными для организации связи между АТС по обычным городским и сельским кабелям связи, образующим довольно обширную сеть подземных магистралей. Объединение циф­ровых потоков в этих системах осуществляется, как мы видели, по принципу «чередования кодовых комбинаций». Введение в них синхросигнала и различных служебных символов потребовало до­полнительных каналов и привело к тому, что скорость объединенно­го цифрового потока стала больше суммы скоростей объединяемых потоков.

Более мощные потоки цифровой информации можно передавать по парам коаксиальных кабелей, волокнам оптических кабелей, стволам спутниковых и радиорелейных линий связи. Для образования высоко­скоростных потоков объединяют цифровые потоки четырех систем ИКМ-120. В результате скорость передачи в линии возрастает до 34,368 Мбит/с. Число каналов в новой системе равно 480, поэтому она получила название ИКМ-480.

Поступая далее аналогичным образом (см. рис. 6.5), получаем при слиянии че­тырех потоков систем передачи ИКМ-480 суммарный цифровой поток со скоростью 139,264 Мбит/с. Это уже аппаратура ИКМ-1920.

10 Цикловая структура в системах передач с ИКМ. Синхронизация в системах с ИКМ

В системах передач с ИКМ выделяют три типа синхронизации.

1. Тактовая синхронизация выделяется из самого цифрового сигнала.

Рис. 6.6. – Выделение сигнала тактовой синхронизации из цифрового канала

Выделение тактовой синхронизации из последовательности импульсов производится с помощью резонансного контура настроенного на частоту следования импульсов или тактов. На выходе контура получается гармоническое колебание частотой равной тактовой частоте ИКМ сигнала. Далее сигнал усиливается и пропускается через ограничитель амплитуды. В результате формируется последовательность импульсов с частотой следования равной тактовой частоте ИКМ сигнала.

Тактовая синхронизация нужна для синхронизации приемного генератора тактовых импульсов (для верного приема и мультиплексирования). Однако, если в канале длительное время нет полезного сигнала (идут одни нули), то выделить тактовую последовательность указанным способом не удается.

Для устранения такого недостатка ИКМ сигнал подвергают скрэмблированию – сложение по модулю 2 со специальным сигналом скрэмблом.

Цифровой поток: 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1

Скрэмбл: 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

Сигнал в линии: 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1

Рис. 6.7. – Процедура скрэмблирования сигнала

В результате повторяющиеся серии нолей преобразуются в чередование 0 и 1. На приемной стороне производят повторное сложение по модулю 2 с таким же скрэмблом, тем самым формируется исходный сигнал.

Генераторы на приемной стороне очень стабильны. Поэтому даже длинная серия нолей не позволит им выйти из синхронизма. Но вероятность потери синхронизма все же есть.

2. Цикловая синхронизация (ЦС) необходима для указания приемному оборудованию начала цикла ИКМ. Цикловая синхронизация имеет определенную кодовую комбинацию 0011011 (ИКМ-30). ЦС повторяется каждые 250 мкс.

3. Сверхцикловая синхронизация (СЦС) указывает на начало сверхцикла и повторяется каждые 2 мс (125х16). Имеет также определенную кодовую комбинацию 0000.

Тактовая синхронизация обеспечивает равенство скоростей обработки цифровых сигналов в линейных и станционных регенераторах, кодеках и других устройствах ЦСП, осуществляющих обработку сигнала с тактовой частотой FТ;

Цикловая синхронизация обеспечивает правильное разделение и декодирование кодовых групп цифрового сигнала и распределение декодированных отсчетов по соответствующим каналам в приемной части аппаратуры;

Сверхцикловая синхронизация обеспечивает на приеме правильное распределение сигналов управления и взаимодействия (СУВ) по соответствующим телефонным каналам. СУВ представляют собой набор сигналов, управляющих работой АТС (набор номера, ответ, отбой, разъединение и пр.)

11 Верхние уровни ЦСП с ИКМ. Линейные тракты систем передачи с ИКМ

Структура кадра ИКМ-120

Групповой сигнал СП ИКМ-120 формируется путем объединения четырех сигналов СП ИКМ-30 посредством побитного мультиплексирования.

Рис. 6.13. – Структура кадра ИКМ-120

Структура кадра ИКМ-480

Групповой сигнал СП ИКМ-480 формируется путем объединения четырех сигналов СП ИКМ-120 посредством побитного мультиплексирования.

Рис. 6.14. – Структура кадра ИКМ-480

Структура кадра ИКМ-1920

Групповой сигнал СП ИКМ-1920 формируется путем объединения четырех сигналов СП ИКМ-480 посредством побитного мультиплексирования.

Рис. 6.15. – Структура кадра ИКМ-1920

Скорость передачи в системе ИКМ-1920 составляет: R = (544 · 4 · 8)/125 мкс = 139,264 Мбит/с.

Источник