Процесс воспроизведения фотографических фонограмм

Методика расчета.

Расчет динамического диапазона фотографической фонограммы

Динамический диапазон фонограммы (DD) – это выраженное в дБ отношение максимально допустимого (с точки зрения величины нелинейных искажений) уровня сигнала, передаваемого фонограммой, к его минимальному уровню, обычно измеряемых на выходе тракта (звена, устройства):

DD = 20 lg (дБ).

Минимальный уровень сигнала в 2 3 раза (на 6 9 дБ) превышает уровень шума, т.е. динамический диапазон отличается от отношения сигнал/шум (ОСШ) на 6 9 дБ:

ОСШ = 20 lg (дБ);

DD = ОСШ – (6 9) дБ.

Отношение сигнал/шум фотографической фонограммы можно определить отношением максимально допустимой амплитуды светового потока косинусоидального сигнала Фmax к амплитудному значению шумового светового потока Фшума, измеренных на выходе звуковоспроизводящего устройства:

ОСШ = 20 lg (дБ).

Амплитуда светового потока сигнала (или отдача фонограммы) Фmax зависит как от освещенности Ео и геометрических размеров читающего штриха (длина  и ширина в), так и от свойств самой фонограммы: модуляции m и полуразности коэффициентов пропускания светлого t_св. и темного t_темн. участков фонограммы [1]:

Точнее, максимальная амплитуда косинусоидального сигнала ограничена шириной дорожки а, а не длиной воспроизводящего штриха . Ширина дорожки определяется длиной записывающего штриха (так, для 35- мм кинопленки а =1,9 мм).

Тогда Ф max = E ₀ в а m .

Коэффициент пропускания определяет отношение световых потоков, прошедшего через кинопленку Ф пр. и падающего Ф пад.:

t = ,

и может быть определен при известной величине плотности фонограммы Д как

t = 10 ^–Д.

Уровень шума определяется при отсутствии сигнала на фонограмме – в паузе.

Основной причиной шума фотографической фонограммы является шум кинопленки. Большая или меньшая оптическая неоднородность слоев кинопленки (подложка, эмульсионные слои, лаковый слой) вследствие их структуры или механических повреждений и загрязнений в процессе эксплуатации киноленты вызывает шум при воспроизведении звукового сигнала с фонограммы. Величина этого шума значительно превышает значения шумов, порождаемых электрическими устройствами канала записи и воспроизведения сигнала (усилителями, фотоэлектрическими преобразователями и т.п.). Для новой неизношенной фильмокопии шум фонограммы определяется в основном ее зернистостью.

Диаметр зерен или частиц металлического серебра в экспонированном и проявленном изображении фонограммы на позитивной кинопленке Dзерн. колеблется от 0,5 до 5 мкм и выше.

Поскольку частицы металлического серебра расположены хаотически, а также имеют различные размеры, то при движении фонограммы в каждый данный момент в пределах площади воспроизводящего штриха находится различное количество частиц, создавая флуктуацию среднего коэффициента пропускания фонограммы - шум.

При большой оптической плотности фотографического изображения (темные участки фонограммы) частицы металлического серебра не вызывают при воспроизведении сигнала ощутимого шума. При малой оптической плотности (светлые участки фонограммы) прерывность (дискретность) структуры пленки дает ощутимый шум. Амплитудное значение световой составляющей шума может быть определено математически:

Ф шума = Е в а _св. ,

где Е – освещенность штриха;

в – ширина штриха;

а _св - ширина светлого участка фонограммы в паузе;

- среднеквадратичное отклонение пропускания.

Среднеквадратичные отклонения пропускания для прозрачной _св. и темной _тем. частей фонограммы можно определить по формулам:

_св. = 0,675 ;

_темн. = 0,675 ,

где

S зерн.- площадь проекции частиц металлического серебра на плоскость воспроизводящего штриха:

S зерн. = (D – диаметр зерна);

S ш. – площадь воспроизводящего штриха:

S ш. ₌ в а_;

S ш. св. - площадь светлого участка штриха (в паузе):

S ш. св. = в а _св.;

S ш. темн. - площадь темного участка штриха (в паузе):

S ш. темн. = в а _{темн. ,}

а _св. и а _темн. – ширина светлых или темных участков фонограммы в паузе, которая зависит от степени обесшумливания фонограммы и числа записанных дорожек.

При необесшумленной фонограмме ширина светлых участков а _св. равна ширине темных участков а _темн. и не зависит от числа дорожек записи. Поэтому можно записать: а _св. =_. i а _{св. 1} = i а _темн.1 = ,

где i - число дорожек записи.

Для обесшумленной фонограммы ширина светлых участков может быть разной в зависимости от степени обесшумливания. Тогда

а _св. = i а _{св. 1} и а _темн. = i а _темн..₁ = а - а _св.,

где

а - ширина фонограммы, равная длине записывающего штриха;

а _св.1 - ширина светлого участка паузы на одной дорожке;

а _темн.1 - ширина темного участка паузы на одной дорожке;

i - число дорожек записи.

Для обесшумленной фонограммы ширина светлого участка одной дорожки записи в зависимости от степени обесшумливания может составлять

а _св.1 = 0,05 0,1 мм.

Суммарная флуктуация коэффициентов пропускания фонограммы

Таким образом, отношение сигнал/шум для необесшумленной и обесшумленной фонограмм в общем виде можно вычислить так

ОСШ = 20lg =

= 20lg ;

т.е. ОСШ = 20lg (дБ);

DD = ОСШ - (6 9) (дБ).

Степень обесшумливания N составит

N = ОСШ об - ОСШ необ.,

где ОСШ - ОСШ обесшумленной фонограммы,

ОСШнеоб - ОСШ необесшумленной фонограммы.