Опубликовано: 06.05.2020  
RMS- , PEAK- и VU-измерители

RMS- , PEAK- и VU-измерители

Объективные контроль качества звукозаписи невозможен без специальных измерительных приборов, которые позволяют визуально оценить различные параметры звукового сигнала.  RMS- , PEAK- и VU-измерители, о которых сегодня пойдёт речь, измеряют уровень сигнала. В чём между ними разница, для чего и как их применять на практике поговорим в этой статье.

RMS- , PEAK- и VU-измерители.

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

Наверное, теперь вы поняли, что основными параметрами измерителей уровня являются их динамические параметры, определяющие характер реакции измерителя на изменяющийся уровень звукового сигнала. Звуковые речевые и музыкальные сигналы по своей сути являются импульсными, со значительным пик-фактором. (Пик фактором называется отношение мгновенной, «пиковой» амплитуды сигнала к его эффективному, действующему значению). Пик-фактор очень сильно отличается у различных звуковых источников. Для нормально сведённой фонограммы поп-музыки (не «пережатой») он составляет величину порядка 12 дБ, для речи 18-20 дБ, а уж для необработанной фонограммы, да ещё отдельных треков, а если там записаны ударные… Соответственно и разные типы вольтметров на одном и том же сигнале будут давать различные показания. Перейдём к их описанию.

 

RMS- , PEAK- и VU-измерители. В чём разница?

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.

new style soundЗапомните! 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

new style soundЗапомните! ВСЕ измерители, на которых написано «Peak» — на самом деле являются квазипиковыми! Единственные чисто пиковые измерители — это индикаторы «Over» на некоторых цифровых рекордерах.

 

 

RMS- , PEAK- и VU-измерители в секвенсоре

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 (VUMeter) 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.

PEAK и VU-измеритель совмещённый

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.

На примере выше вы видите горизонтальную полоску, которая  соответствует уровню сигнала в левом канале, нижней — в правом. Шкала измерителя размечена в децибелах. Дополнительным признаком величины уровня служит цвет шкалы и полосок: зеленый — малые значения уровня, желтые — значения, близкие к номинальному, красные — перегрузка. Верхняя и нижняя полоски — пиковый измеритель. А полоски между ними — среднеквадратический измеритель.

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.

new style soundВ 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:

VU/PPM-meter

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.

Что такое RSS (читать).

Похожие записи

 
 

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.