28. Динамический диапазон и уровни

В процессе передачи речевой информации уровень акустического сигнала непрерывно изменяется . Диапазон изменения может быть довольно широким. На рисунке показана зависимость уровней сигнала от времени, называемая уровнеграммой. Она представляет собой временную зависимость уровня. (РИСУНОК).  - динамический диапазон, П - пик-фактор, ω – вероятность превышения заданного уровня. С определенной степенью точности можно считать, что уровень сигнала изменяется по случайному закону, поэтому его можно характеризовать интегральным распределением и средними значениями для этого распределения. Установлено, что среднее распределение уровней, полученных для первичных речевых сигналов, близко к нормальному. Введено понятие квазимаксимального уровня сигнала. Для этого уровня относительная длительность существования уровней не ниже L_макс, равна 1% для речевых и информационных сигналов. Квазиминимальный уровень – для этого уровня относительная длительность существования уровней выше L_мин составляет 99 %. Что адекватно относительной длительности существования уровней не выше L_мин, равной 1-2 %. Разность между квазимаксимальным и квазиминимальным уровнями называется динамическим диапазоном речевого сигнала. Т.о. , находят динамические диапазоны для ряда первичных акустических сигналов, включая речевой. Вещательный диапазон очень широк, поэтому в большинстве случаев не может быть передан через тракты вещательных каналов без предварительной обработки, например сжатие или компрессия динамического диапазона. Речевой сигнал имеет широкий динамический диапазон по отношению к трактам связи, поэтому при передачи его также приходится предварительно сжимать. Поскольку уровень акустического сигнала изменяется в широких пределах, то введено понятие ср. уровня. Ср. уровень интенсивности акустического сигнала можно определить или исходя из того, как человек его ощущает, или как он воспринимается соответствующей аппаратурой: т.е. как среднестатистический для участков и интервалов времени, достаточно длительных, или как средний уровень, измеряемый прибором, имеющим большую постоянную времени (порядка 5 с.). Для первичных сигналов необходимо знать эти

средние значения, т. к. первичный сигнал в системах связи принимается и человеком и аппаратурой. Все эти средние значения можно измерить, если соответственно подобрать постоянную времени. Для получения усредненного значения постоянную времени берут порядка 15 с. Пик-фактор – разность между квазимаксимальным и усредненным за длительное время (около 15 с. для речи) уровнями. Пик-фактор показывает, на сколько ниже надо взять усредненный уровень передачи по сравнению с уровнем ограничения в канале, чтобы не перегружать канал. = L_max- L_min, П= L_max- L_ср, I_cp= (1/T)∙∫(-∞ to t₀) f(t)∙exp[-(t₀-t)/T]dt, f(t) – временная зависимость интенсивности сигнала. L_cp= 10∙lg(I_cp/I₀)= 10 lg I_{cp, Bт}+ 120

В таблице приведены данные для речи пиковой мощности и пик-фактора. (ТАБЛИЦА)

29. Частотный диапазон и спектры

Акустический сигналы от каждого из первичных источников звука, используемых в системах вещания, связи, как правило имеют непрерывно изменяющиеся форму и спектры. Эти спектры могут быть дискретными, сплошными и смешанными; высокочастотными, низкочастотными. Дискретные спектры – содержатся частоты (300-600-1200 Гц). Дискретные спектры могут быть гармоническими, т.е. представлять спектр сложного тона, и тонарными, т. е. представляющими суммарный спектр ряда сложных тонов, различающихся по частоте. Сигнал с гармоническим спектром может быть представлен в виде ряда Фурье следующим образом: f(t)= Σ(-∞ to ∞) C_k∙exp[i2πkt/T]= Σ(-∞ to ∞) C_k∙exp[ikω₁t]. ω₁ – угловая частота колебаний первой гармоники C_k= c_k∙exp(iφ_k). С_к – комплексная амплитуда.

В вещественной форме: f(t)= C₀+ Σ(k=1 to ∞) (a_k∙cosωt+ b_k∙sinkωt), где C₀= (1/T)∙∫(-T/2 to T/2) f(t)dt, a_k= (2/T)∙∫f(t)∙cos(2πkt/T)dt, b_k= (2/T)∙∫f(t)∙sin(2πkt/T)dt. Сигналы с некратными частотами: f(t)= Σ(k=1 to ∞) C_k∙cos[ω_kt+φ_k], a_k= lim(T→∞) (1/T)∫(0 to T) f(t)∙cosω_kt∙dt, b_k= lim(T→∞) (1/T)∫(0 to T) f(t)∙sinω_kt∙dt. Различают сигналы с почти периодическими и квазигармоническими спектрами. К первым относятся сигналы, состоящие из нескольких сложных тонов с некратными основными частотами. Ко вторым относятся спектры типа спектров амплитудной и частотной модуляции с несущей частотой, не кратной основной частоте модулирующего сигнала. Для сплошного спектра его плотность по амплитуде может быть найдена по следующей формуле: S(ω)= ∫(-∞ to ∞) f(t)∙exp(iωt)dt. Сигнал можно описать: f(t)= (1/2π)∙ ∫(-∞ to ∞) S(ω)∙exp(iωt)dω. Для процессов, ограниченных во времени введены понятия текущего и мгновенного спектра. S_мгн(ω)= ∫(0 to t₀) f(t)∙h(t₀-t)∙exp(iωt)dt, где h(t₀-t) – весовая функция. На практике часто приходится иметь дело с энергетическим спектром сигнала. Под ним понимается огибающая квадратичных зн-ний амплитуд частотных составляющих сигнала (для дискретных спектров) или плотность спектра квадрата амплитуд (для сплошных спектров).