Динамический диапазон

Динамический диапазон определяет максимальное изменение уровня звука в аудиоматериале, он выражается в децибелах и равен разности между самой громкой и самой тихой частью аудиоматериала. Иногда на фоне шумов самая тихая часть музыкального фрагмента может оказаться неслышимой, в этом случае динамический диапазон будет определяться разностью между самой громкой частью музыкального произведения и уровнем шумов.

Динамический диапазон используется и для характеристики звуковых систем. Любая звуковая система имеет собственный шум, являющийся остаточным электронным шумом системы. Динамический диапазон звуковой системы равен разности между пиковым уровнем звука на выходе и уровнем внутренних шумов.

Динамический диапазон рок-н-рольной музыки

Для рок-н-рольной музыки характерен самый широкий динамический диапазон. Уровень звукового давления у микрофонов (не в аудитории) на таких концертах может изменяться от 40 дБ (что соответствует шуму в аудитории при кратковременных паузах в исполнении, улавливаемому микрофоном) до 130 дБ (это выше болевого порога, но звуки такой громкости исполнители издают в микрофон, а до слушателей они доходят менее громкими). Чтобы определить динамический диапазон такого концерта, следует из пикового уровня звукового давления вычесть уровень шумов:

Динамический диапазон = Пиковый уровень - Уровень шумов = 130 дБ - 40 дБ = 90 дБ.

Примечание. дБ - это отношение двух сигналов, и в этом случае мы описываем, как соотносятся сигналы 130 дБ SPL и 40 дБ SPL. Разница между ними составляет 90 дБ, но данное значение никак не связано с уровнем звука 90 дБ SPL, отнесенного к 0,0002 дин/см2. Динамический диапазон всегда указывается в дБ, его никогда не следует выражать в единицах дБ SPL, дБm, дБu, отнесенных к какому-то абсолютному значению.

Электрический динамический диапазон звуковой системы

Электрический уровень сигнала звуковой системы (в дБu) пропорционален уровню звукового давления (в дБ SPL) у микрофона. Реальные уровни электрического сигнала, определяются чувствительностью микрофонов, уровнем усиления предусилителей мощности и другой аппаратурой, но эти величины являются постоянными и соответствуют тем, что приведены в спецификациях.

При уровне звукового давления у микрофона 130 дБ SPL максимальные линейные уровни на выходе микшерного пульта могут достигать +24 дБu (12,3V), а максимальные уровни на выходе каждого усилителя мощности - пиковых значений 250 Вт (подобных усилителей может быть и несколько). При уменьшении уровня звука до 40 дБ SPL минимальный линейный уровень уменьшается до 66 дБu (388 мV), а уровень сигнала на выходе усилителя мощности снижается до 250 нВт.

При этом динамический диапазон аудиоматериала на выходе микшерного пульта остается таким же, как у сигнала, снимаемого с микрофона:

Динамический диапазон = Пиковый уровень - Уровень шумов = +24 дБu - (-66 дБu) = 90 дБ.

А что можно сказать относительно динамического диапазона на выходе усилителя мощности? Как соотносятся в децибелах 250 Вт и 250 нВт можно легко рассчитать:

дБ = 10 log (P1/P0)= 10 log (250/0,000000250) = 10 log (1000000000) =10 · 9 = 90 дБ.

Соответствие величин дБ SPL и дБu, дБm или дБW сохраняется на всех участках звуковой системы от источника звука у микрофона до выхода на систему громкоговорителей. При изменении уровня звука на 90 дБ, электрическая мощность изменится на столько же. В электрической цепи, которая возбуждается данным звуком (предполагается, что усиление носит линейный характер, т.е. в системе не применяется компрессия, эквализация, ограничение и отсечку сигналов) разность между двумя уровнями звукового давления, выраженная в децибелах, всегда соответствует разности мощностей в дБm или разности напряжений в дБu. Такое соотношение характерно для систем любого типа: звукоусиления, звукозаписи, вещательных.

Акустический динамический диапазон системы

Мы описали динамический диапазон аудиоматериала, который поступает на микрофон, и динамический диапазон электрического сигнала, который проходит через микшерный пульт и усилители мощности, а что можно сказать относительно звука на выходе системы громкоговорителей? Как вы, наверное, могли бы уже предположить, он должен иметь такой же динамический диапазон. Если громкоговорители не в состоянии передать полный динамический диапазон, то они не смогут воспроизводить самые низкие уровни мощности, либо будут искажать звук на пиковых уровнях сигнала (эти недостатки могут присутствовать одновременно). Реальные уровни звука, которые должны воспроизводить громкоговорители определяются расстоянием между ними и публикой, а также требуемой громкостью звучания. Предположим, что мы не хотим, чтобы у наших слушателей лопнули барабанные перепонки, и за достаточный для точной передачи исполнения пиковый уровень принимаем 120 дБ SPL. В этом случае на данной сценической площадке громкоговорители должны сообща генерировать 130 дБ SPL (если вы проведете необходимые расчеты, то получите именно это значение). Мы также знаем, что, если громкоговорители генерируют 130 дБ SPL на пиках, то они смогут поддерживать 40 дБ SPL на самых тихих фрагментах, т. е. обеспечивать заданное значение динамического диапазона 90 дБ.

Нам известно, что звуковая волна, соответствующая пиковому уровню, ослабляется в процессе распространения на 10 дБ (т.е. со 130 дБ SPL до 120 дБ SPL). Но точно также будет снижаться и уровень звукового давления, соответствующий тихим фрагментам (с 40 дБ до 30 дБ), и публика может их не услышать, так как в этом случае уровень звука становится ниже уровня шума в зрительном зале. Именно поэтому часто применяют электронную регулировку динамического диапазона, включающую компрессию самых громких пиков, в результате которой повышается общий уровень звуков, и тихие фрагменты звучат громче.