Какой кодек применяется для преобразования аналогового сигнала в магнитофоне гранит

Обновлено: 06.07.2024

Современный тракт записи-воспроизведения магнитофона

Всем доброго дня.
Перед тем как окунутся в инжиниринг позволю себе небольшое лирическое отступление.
После внезапно нахлынувшей ностальгии приобрел себе кассетный магнитофон, не вдаваясь в целесообразность такого поступка в наше время, к выбору подошел довольно рационально, благо нынче сервис мануалы легко доступны, а отзывов хоть отбавляй. После изучения всей этой информации понял, что главное - взять аппарат не "отжатый" и с изначально хорошей механикой и головами.
Почему? Ответ прост.
Исследование электроники любых дек, даже "золотой эры" и топов вроде приснопамятных Накамичи, показало полную ущербность звукового тракта при замечательных головах и ЛПМ.
Не вдаваясь подробно в причины таких решений, которые видимо были обусловлены в первую очередь идеологией и низким качеством массово доступной музыки и остального тракта,
было принято решение создать свой звуковой тракт, естественно с использованием современной элементной базы и схемотехнических решений.

Начну свою публикацию с воспроизводящего тракта, куда включаю цепи коммутации Tape/Monitor и линейного выхода, как основы, которая работает во всех режимах.
Если будет интерес к теме, продолжу с усилителем записи (УЗ) и возможно блоком автоматики и автокалибровки записи.

Итак, рассмотрение схем начнем собственно с модуля усилителя воспроизведения (УВ).
Идеология и схемотехника данного модуля навеяны по большей части циклом статей Сергея Агеева в журналах Радио, более подробно с ними можно ознакомится в первоисточнике (№12 2004г, №№ 1-3 2005г).

Для снижения уровня шума, как наиболее характерной проблемы "кассетников" применено параллельное включение 4-х входных ОУ, данное решение позволяет снизить уровень шума в 2 раза (в пределе) по сравнению с одиночным каскадом.
Для дальнейшего снижения уровня шума применено так называемое охлажденное шунтирование резонанса ГВ с помощью цепочки R101-103, C101 (здесь и далее нумерации идет общая, без поканальных индексов). Данные решения позволяют значительно улучшить реальное отношение С/Ш при использовании высокодобротных ГВ.
Так же, по рекомендации из вышеупомянутых источников постоянная времени t2 выбрана выше стандартных 120/70 мкс и составляет примерно 134/85 мкс (что не характерно для большинства исследованных дек, исходная схема модернизируемого аппарата имеет близкие значения постоянных времени ).
Узел коррекции в диапазоне ВЧ на ОУ U103 позаимствован оттуда же.

Общая схема данного узла представлена в отдельном файле и отличается от типовых решений следующими важными моментами:
1. позволяет обойти каскады системы шумопонижения Dolby, которые как известно, вносят значительный вклад в общую нелинейность и уровень шума тракта;
2. имеет масштабирующий выходной усилитель (на ОУ U1), который позволяет привести уровень выходного сигнала к современным значениям около 2В эфф. И что самое главное - обладающий низким выходным сопротивлением, т.к. автору не удалось найти ни одной деки у которой бы выходное сопротивление было менее 1кОм. Что по современным меркам выглядит довольно феерично, чего не скажешь о качестве звука и легкости выбора межблочника ;
3. не используются эл. ключи и мех. выключатели склонные в таких винтажных аппаратах к тотальному шуршанию, искажениям и полному пропаданию звука. Вся коммутация осуществляется малогабаритными реле с контактами имеющими AgPd(Ni) + Gold покрытие;
4. для подачи сигнала на индикаторы уровня и, в перспективе, выпрямитель системы автокалибровки записи используются буферные ОУ U2, что зачастую позволяет снизить искажения на линейном выходе;
5. используются заведомо качественные пассивные комплектующие: прецизионные тонкопленочные резисторы, NP0 (или пленка), довольно крупных типоразмеров 0805/1206.
Отсутствуют типовые "шеренги разделительных конденсаторов", наличествует только один С114.

На этом пока всё, продолжение по заявкам слушателей а так же по мере прихода плат, комплектующих и продвижения сборки и наладки.

Следует понимать, что рассматриваемые схемы и платы являются оценочным вариантом для получения быстрого результата и дальнейших ориентиров развития!

Спасибо моим друзьям и знакомым, кто принимал активное участие в обсуждениях: sia_2, waso, bishbosh!

Миниатюры

Миниатюры


КДВИ «Гранит» предназначен для организации непрерывного документирования переговоров, радиолокационной, пеленгационной, плановой, метеорологической информации, пультовых операций, видеопотоков IP-видеокамер и экранов рабочих мест. Это позволяет обеспечить объективный контроль в АС ОрВД, на объектах гражданской авиации и других предприятиях.


Уникальной особенностью КДВИ «Гранит» является возможность синхронного воспроизведения всей информации, поступившей от выбранных источников, в совмещенном режиме на одном рабочем месте с привязкой к единой временной шкале. Выбор источника осуществляется по необходимым параметрам в зависимости от решаемых задач. Это дает возможность оператору оперативно найти и воспроизвести нужную информацию.

КДВИ «Гранит» обеспечивает:

  • Запись информации различных типов:
  • речевой по цифровым и аналоговым каналам связи
  • речевой VoIP
  • средств наблюдений (ПРЛ, ВРЛ, МПСН, АЗН)
  • пеленгационной
  • информации КСА УВД (плановая, метеорологическая, пультовые операции, журналы ПКС, КС и других событий, ТУК)
  • информации от IP-камер видеонаблюдения
  • изображения экранов рабочих мест
  • 100% резервирование аппаратных средств с ведением параллельной записи на оба комплекта
  • Хранение информации за контрольный период (не менее 30 суток) на внутренних и сменных накопителях
  • Сборка и экспорт фрагментов за заданный период на внешние носители
  • Экспорт данных в стандартные аудио- и видео форматы (WAW, AVI и др.)

Архитектура изделия обеспечивает возможность построения комплексов любого масштаба в зависимости от решаемых задач – от небольших (до 8 речевых каналов) до крупных проектов (1000 и более потоков данных различных типов).

Объективный контроль при УВД необходим для установления причин авиационных происшествий в зоне посадки и анализа принятых диспетчером решений. Такими документами являются запись информации, отображаемой на рабочем месте диспетчера, записи радиосвязи диспетчеров, громкоговорящей связи диспетчеров, а также оперативных телефонных разговоров.

Параметры, регистрируемые при объективном контроле:

деятельность диспетчера: время обнаружения сигнала; реакция диспетчера на возмущающие сигналы (задержки); время решения задачи; временные характеристики отдельных операций диспетчера (момент начала, длительность); число связей диспетчера с абонентами и команд, формируемых диспетчером;

объекты управления: число ВС, одновременно находящихся под управлением; время нахождения каждого ВС под управлением и в зонах ожидания; временные характеристики связей ВС и смежных диспетчеров с контролируемым диспетчером;

воздушная обстановка: характеристики решаемой задачи; метеорологическая обстановка; структура ВП; аварийные и конфликтные ситуации; ограничения, введенные в условиях воздушной обстановки.

Каналы радиосвязи диапазона ОВЧ диспетчерских пунктов УВД с воздушными судами.

Каналы радиосвязи диапазона ВЧ диспетчерских пунктов УВД, операторов с воздушными судами.

Каналы радиосвязи диапазонов ОВЧ, ВЧ и НЧ-СЧ метеовещания, в т.ч. ВОЛМЕТ и аэродромного обслуживания - АТИС.

Каналы связи взаимодействия диспетчерских пунктов УВД, метеонаблюдателей, авиационной метеорологической синоптической группы, руководителей полетов, старшего сменного инженера (сменного инженера) базы ЭРТОС, дежурного штурмана, оборудованных громкоговорящей и телефонной аппаратурой.

Каналы внутриаэропортовой радиосвязи диспетчеров службы движения и руководителя полетов с должностными лицами (руководителями работ) наземных служб, выполняющими работы на летной полосе и рулежных дорожках.

Другие каналы связи взаимодействия диспетчерских пунктов РЦ ЕС УВД с аэропортами, размещенными в зоне РЦ ЕС УВД, с соседними РЦ, с ВРЦ, диспетчерских пунктов УВД с КП ПВО, КП ВВС - записываются все каналы.

Каналы связи: руководителя полетов, проводящего разбор в службе движения; дежурного синоптика, дающего метеоконсультации экипажам.

1. Перечень каналов, подлежащих записи, может дополняться при наличии возможности.

2. При отсутствии возможности записи всех имеющихся каналов в первую очередь подлежат записи каналы авиационной воздушной связи, авиационной наземной связи и метеовещания.

3.9.1 Система регистрации диспетчерских переговоров «АВИАТОН»

Система регистрации диспетчерских переговоров «АВИАТОН» предназначена для документирования служебной: информации на предприятиях гражданской авиации.

Система регистрации диспетчерских переговоров «АВИАТОН», состоит из следующих компонентов:

Станция записи (СЗ);

Источник бесперебойного питания (ИБП);

Упрощённая схема изделия «АВИАТОН» приведена на рис.3.79.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРДП «АВИАТОН»

количество каналов станции записи ………………………..15….64

Полоса пропускания, Гц…………………………………….300…3500

Разборчивость речи по словам, % …………………………….98

Динамический диапазон, дБ…………………………………….65

номинальная амплитуда входного аудиосигнала, В…………2,5

Тип сжатия аудиосигнала …………………………….ETSI GSM6.10

Внутренний архив оперативного доступа

емкостью 4,6 Гбайт……………………………….768 канало -часов

Устройство со сменными носителями…………стример DDS-3

Электропитание…………………..сеть 220 ± 10 % В, 50 ± 1% Гц

источник бесперебойного питания 700VA

Температура, градус С……………….. +5…+ 45

Станция записи – это самостоятельное устройство записи на основе ЭВМ, к которому подключены контролируемые линии связи. Запись переговоров ведётся параллельно на полностью идентичные основную и резервную станции. Соединённые параллельно основная и резервная станции образуют модуль записи. На жёстком диске станции записи находится архив оперативного доступа к записям, сделанным в течение 25 часов по каждому каналу. Станции записи имеют устройства записи на сменные носители - магнитооптический дисковод или накопитель на магнитной ленте (стример). В системе может устанавливаться до 256 станций записи.


Рис.3.79. Упрощённая структура системы регистрации «АВИАТОН»

Станция контроля — компьютер, соединенный по локальной вычислительной сети Ethernet со станциями записи и позволяющий контролировать работу всех станций записи. Предоставляет все сервисные функции работы со станциями записи. Максимальное количество станций контроля в системе - 256 шт. Функции станции контроля может выполнять любая станция записи.

Станция воспроизведения — независимое от системы устройство (компьютер), предназначенное для воспроизведения данных со сменных носителей, записанных на станциях записи СРДП "АВИАТОН". Программное обеспечение, установленное на ней, практически идентично программному обеспечению, установленному на станциях записи. Функции станции воспроизведения может выполнять любая станция записи, при условии использования не более 50% суточного рабочего времени станции записи. При этом запись информации на станции не прерывается. Станция воспроизведения может быть также совмещена со станцией контроля на отдельном компьютере.

Магнитофон «ГРАНИТ»

Магнитофон «ГРАНИТ» представляет собой многоканальную цифровую систему регистрации звуковых и радиолокационных сигналов и предназначен для записи и воспроизведения переговоров по каналам связи синхронно с радиолокационной информацией.

Аппаратура выпускается фирмой «Нита» в нескольких вариантах конструктивного исполнения.

Магнитофон «Гранит» имеет следующие характеристики:

Минимальное число каналов записи ……………………….15;

Возможность наращивания каналов ……………………по 15;

Максимальное число каналов записи…………………… 60;

Количество одновременно записываемых

(воспроизводимых) радиолокационных источников не менее 4 - х.

Накопитель информации .накопитель на магнитооптических дисках

или на магнитной ленте (стример);

Среднее время записи на один накопитель

при емкости накопителя 10 Гб… 1440 канал / час (60 каналов / сутки);

Регулировка уровня входного сигнала - ……………….60 ДБ;

Частотный диапазон - ………………………………..300 - 3400 Гц;

Обработка сигналов - …………………стандарт G711, АДИКМ G721;

Уровни доступа - полный, ограниченный, прослушивание, ограниченное прослушивание;

Количество одновременно прослушиваемых каналов - ………4;

Регулировка уровня воспроизведения - независимая, ………46 ДБ;

Питание - сеть 220 В 50 Гц , потребляемая мощность - ….менее 300 Вт;

Время работы от источника бесперебойного питания - ……30 мин;

Время наработки на отказ -……………………….. не менее 20000 часов;

Технический ресурс аппаратуры на протяжении 10 лет эксплуатации при одном гарантийном ремонте - не менее 80000 часов;

Среднее время восстановления при отказе - 30 мин;

Источниками звуковой информации для магнитофона «ГРАНИТ» могут являться сигналы, поступающие по двухпроводным симметричным физическим линиям от радиоканалов, линий громкоговорящей связи, телефонов, микрофонов и т. п. При этом должны соблюдаться следующие параметры сигналов: амплитуда от 20 мВ до 12 В, частота от 300 до 3400 Гц.

Источниками радиолокационной информации являются специальные устройства (сервера сопряжения с локатором), которые поставляются отдельно. С системами «НОРД», «Альфа» магнитофон «ГРАНИТ» сопрягается по ЛВС без применения дополнительного оборудования.

В состав одного полукомплекта магнитофона «Гранит» входят следующие устройства:

блок обработки сигналов;

архивный накопитель (внешний или встроенный в системный блок);

манипулятор типа «мышь»;

источник бесперебойного питания;

Структурная схема полукомплекта магнитофона «ГРАНИТ» изображена на рис.3.80.

Блок обработки сигналов (БОС) осуществляет преобразование входных аналоговых сигналов в цифровой код. С БОС информация поступает в системный блок.

Системный блок осуществляет обработку и сжатие информации, в том числе радиолокационных сигналов, и записывает ее на архивный накопитель, а также управляет процессами отображения информации на видеомониторе и ввода данных с клавиатуры.

Аудиосистема предназначена для воспроизведения записей и для прослушивания контрольного канала.

Источник бесперебойного питания обеспечивает работу магнитофона в случае временного пропадания питающего напряжения.

В качестве архивного накопителя информации в магнитофоне «Гранит» может использоваться накопитель на магнитооптических дисках или на магнитной ленте (стриммер).


В базовой комплектации система «Гранит» содержит два идентичных полукомплекта аппаратуры, которые связаны между собой по сети. Один из полукомплектов является основным и осуществляет запись текущей информации на внешний накопитель. Второй полукомплект находится в состоянии «горячего резерва» и, в случае выхода из строя основного полукомплекта, начинает запись на свой накопитель без потери информации.

В системе предусмотрена возможность дистанционного управления полукомплектами. Управление осуществляется с удаленного рабочего места инженера, представляющего собой ПЭВМ со специальным программным обеспечением, включенную в единую ЛВС с полукомплектами.

Место воспроизведения (рис.3.81) и рабочее место инженера поставляются отдельно.

Рис.3.80. Структурная схема полукомплекта магнитофона «Гранит»

1. Какие параметры регистрируются средствами объективного контроля?

2. Какие каналы связи подлежат записи на средствах объективного контроля?

Использование импульсно-кодовой модуляции для кодирования источника сигнала. В основу цифровой передачи и записи сигналов в цифровых магни­тофонах положена импульсно-кодовая модуляция (ИКМ). Она предполагает дискретизацию аналоговых сигналов путем осуществления отсчетов значений сигналов в определенные (обычно равномерно распределенные) моменты Дискретизованный сигнал подвергается аналого-цифровому преоб­разованию. Вначале — квантованию (дискретизации по уровню), при котором непрерывно изменяющиеся по уровню отсчеты сигналов заменяются квантованными отсчетами. Фиксированные значения уровней квантования берутся из определенного их множества . Затем — кодированию: замене кван­тованного отсчета кодовым его значением (кодовым словом). Обычно исполь­зуют двоичный код, где каждая позиция символа определяется одним из двух его значений: 0 или 1. В результате ИКМ аналоговый сигнал на интер­вале 1 — 10, преобразуется в последовательность десяти кодовых слов: 1 — 0100,. 2 — 0110, 3 — 0111, 4 — 0111, 5 — 0101, 6 — 0100, 7 — 1001, 8 — 1010, 9 — 1001, 10 — 0010. Эти слова в виде двухуровневого сигнала — последовательности кодовых комбинаций— могут быть переданы по каналу связи или записаны на цифровом магнитофоне.

При приеме или воспроизведении импульсно-кодово-модулированного (ИКМ) сигнала осуществляется обратная операция — цифро-аналоговое преоб­разование. В цифро-аналоговом преобразователе (ЦАП) последовательность кодовых комбинаций преобразуется в последовательность восстановленных от­счетов низкочастотную составляющую из последовательно­сти восстановленных отсчетов, получают восстановленный аналоговый сигнал Требования к динамическому диапазону канала передачи ИКМ сигнала (каналу прямой записи — воспроизведения цифрового магнитофона) невысо­ки, поскольку требуется передать всего лишь два уровня сигнала — 1 и 0. Не­линейные искажения двухуровневого сигнала, возникающие в этом канале, практически не оказывают существенного влияния на восстановленный сигнал.

Для достижения динамического диапазона звукового сигнала свыше 80 — 90 дБ в случае равномерного квантования количество разрядов должно быть 16 — 18.

Иногда в бытовой записи и часто при передаче сигналов по каналам свя­зи используют ИКМ с неравномерным квантованием [1, 2]. Шаг квантования для больших уровней выбирается относительно большим и уменьшается с уменьшением уровня таким образом, что отношение уровня передаваемого сиг­нала к уровню шума квантования остается приблизительно одинаковым для всех сигналов (рис. 4). При этом для обеспечения заданного динамического диапазона (отношения максимального сигнала к минимальному) требуется меньшее число уровней квантования (т. е. меньшее число разрядов). Нерав­номерное квантование обычно осуществляется путем разбиения динамического диапазона на сегменты, в каждом из которых производится равномерное квантование. Преобразование такого рода называют сегментным компандиро-ванием. В последнее время оно осуществляется цифровыми средствами.

Достоинство компандирования при ИКМ состоит в уменьшении цифрово­го потока. К его недостаткам относятся динамические искажения сигнала и наличие остаточного шума квантования, по структуре близкого к модуляционному. Скорость последовательной передачи символов ИКМ сигнала (цифровая скорость) в бит за секунду fс = fдn. В случае передачи символов в параллельном коде по n каналам значение скорости передачи символов по каждому из параллельных каналов совпадает со значением частоты дискретизации. Возможна последовательно-параллель­ная передача.

Рассмотрим, каким образом могут быть связаны параметры ИКМ со свойствами канала записи — воспроизведения. Параметры импульсно-кодовой модуляции. Современный профессиональ­ный цифровой магнитофон обеспечивает запись сигнала с верхней частотой 20 кГц при скорости 38,1 см/с с максимальным динамическим диапазоном свыше 80 — 90 дБ. Частота дискретизации должна превышать 2FE. С учетом конечной крутизны характеристики фильтров АЦП и ЦАП она может состав­лять 44 — 60 кГц (в качестве стандарта для цифровой студийной аппаратуры выбрана частота 48 кГц). Минимальное необходимое количество разрядов ана­лого-цифрового преобразования равно 16. Следовательно, канал прямой за­писи — воспроизведения с однодорожечной записью должен пропускать как минимум 16-48000 = 768000 бит/с. С увеличением числа дорожек цифровая скорость пропорционально уменьшается.

Свойства канала записи — воспроизведения цифрового магнитофона. На практике используют два варианта цифровой записи звука. В одном случае цифровой сигнал звука преобразуют в квазителевизионный и записывают этот сигнал на видеомагнитофоне. В видеомагнитофоне применяется модуляционная (в основном частотно-модулированная) запись, при которой обеспечиваются линейность канала, равномерность амплитудно-частотной характеристики в полосе пропускания и достаточно хорошее отношение сигнал-шум (около 40 дБ). Свойства видео­магнитофонов Во втором случае осуществляется прямая запись цифрового сигнала звука без подмагничивания. Свойства канала записи — воспроизведения существен­но отличаются от свойств канала видеомагнитофона или канала связи. Канал записи (от входа усилителя записи до еигналограммы) обладает нелинейными свойствами, зависящими от частоты (или длины записываемой волны). Канал воспроизведения линеен и частотозависим. Ход кривых семейства условных амплитудно-частотных (или амплитудно-волновых) характеристик [Под условными амплитудно-частотными характеристиками здесь понима­ется зависимость уровня первых гармоник воспроизводимого сигнала от частоты] канала записи — воспроизведения без подмагничи-вания на носителе с рабочим слоем, превышающим половину длины волны Параметром семейства является значение тока за­писи.

Спадающая часть амплитудно-частотной характеристики неустойчива и в значительной степени зависит от условий контакта головки с лентой. Из-за не­идеальности лентопротяжного механизма, колебаний скорости и динамических перекосов ленты наблюдаются колебания частоты и фазы воспроизводимого сигнала. В случае записи с высокой плотностью проявляется взаимовлияние фрон­тов (межсимвольные искажения) записанных сигналов из-за ограниченной полосы пропускания канала записи — воспроизведения и из-за нелинейного процесса стирания ранее записанного участка еигналограммы полем записи.

Воспроизводимый сигнал дополняется аддитивными и мультипликативны­ми помехами. В воспроизводимом сигнале наблюдаются выпадения различ­ной длительности, вызванные дефектами рабочего слоя ленты и загрязнением ленты и головки. Максимальная длительность выпадений может достигать ты­сяч бит.

Таким образом, условия передачи цифровых сигналов через канал запи­си — воспроизведения оказываются не совсем благоприятными для неискажен­ной передачи звука, и необходимо предъявлять ряд определенных требований к записываемым сигналам.

Требования к записываемым сигналам. Огибающая спектра записываемо­го цифрового сигнала должна быть по возможности близкой к выбранной амплитудно-частотной характеристике канала прямой записи — воспроизведе­ния. Спектр не должен содержать постоянную составляющую во избежание «плавания базовой линии» воспроизводимого сигнала. Наиболее важные со­ставляющие спектра не должны располагаться в высокочастотной области, которая в большей степени подвержена паразитным амплитудной и фазовой модуляциям, вызванным переменным неконтактом. Записываемый сигнал должен обладать свойством самосинхронизации для обеспечения правильного определения тактового интервала воспроизводимого сигнала в условиях зашумленности и паразитных частотной, амплитудной и фазовой его модуляций.

Способность воспроизводимого сигнала к детектированию удобно опре­делять по «глаз-осциллограмме» (ее называют также «глазковой диаграммой») которую получают на экране осциллографа, синхронизированного тактовой частотой, при подаче воспроизводимого сигнала на вертикальный вход осциллографа. Благодаря наложению различных комбинаций сигнала и шума изображение представляется в виде утолщенных линий — век «глаза», который закрывается при увеличении шумов, фазовых дрожаний и смещениях базовой линии. При полностью раскрытом «глазе» условия детектирования наилучшие; если «глаз» закрыт, то пороговое детектирование невозможно. Уменьшение плавания базовой линии и самосинхронизация часто достигаются введением избыточности (дополнительных битов) в цифровой сигнал.

Канальные коды. В магнитной записи наиболее широко используется двухуровневое кодирование без возвращения к нулю, которое легко связать с двумя противоположными соетояниями намагниченности рабочего слоя но­сителя. Диаграммы типичных канальных кодов (кодов, используемых в канале за­писи — воспроизведения) для цифровой записи Простейший код без возвращения к нулю (БВН), в котором в течение каждого тактового интервала (или интервала бита на ленте) логической еди­нице (1) соответствует одна полярность сигнала (или состояние намагничен­ности рабочего слоя магнитной ленты), а логическому нулю (0) соответствует противоположная полярность сигнала (или противоположное состояние на­магниченности), мало пригоден для непосредственной записи на ленте и вос­произведения индукционной магнитной головкой. Кодовая последовательность ЕВН принципиально содержит постоянную составляющую, которая не пере­дается через канал воспроизведения из-за дифференцирующего действия ин­дукционной головки. Этот код не обладает свойствами самосинхронизации — яе несет регулярной информации о длительности тактовых интервалов. Поэто­му код БВН не находит практического применения в магнитной записи.

Модифицированный код БВН-1, в котором одному из двоичных -символов, например 1, соответствует изменение полярности сигнала на такто­вом интервале, а другому символу, например 0, соответствует отсутствие та­кого изменения, хотя и позволяет воспроизвести все 1, но не обладает свой­ствами самосинхронизации и также мало пригоден для магнитной записи. О пригодности кодов для передачи через канал магнитной записи — вос­произведения можно судить по их нескольким параметрам. Отношение мини­мального интервала Гмин между изменением полярности сигнала к тактовому интервалу Тт характеризует так называемую эффективность кода, влияющую на требуемую полосу пропускания канала передачи сигнала и определяющую условия взаимовлияния соседних символов, что особенно важно при записи. Чем больше отношение Tмин/Тт, тем меньше взаимовлияние символов.

Возможность самосинхронизации кодов, т. е. способность нести в себе ре­гулярную информацию о продолжительности тактовых интервалов, определя­ется отношением максимального интервала Гмакс между изменением полярно­сти сигнала к тактовому интервалу. Чем меньше отношение ТМАКС/ТТ, тем лучше самосинхронизация кода, тем проще осуществлять посимвольную синх­ронизацию сигнала при воспроизведении. Отношение минимальной разницы между интервалами изменения поляр­ности сигнала АГ в кодовой последовательности к тактовому интервалу («ок­но детектирования») характеризует способность кода к детектированию (раз­личению символов при воспроизведении) и оказывает влияние на требуемые полосу пропускания канала и допустимые временные искажения сигналов за­писи — воспроизведения. Чем больше отношение Д7УГТ, тем проще детектиро­вать сигнал и тем менее жесткие требования предъявляются к полосе пропус­кания канала записи — воспроизведения и к допустимым временным искаже­ниям воспроизводимого сигнала.

Неравномерные интервалы между изменениями полярности кодированного сигнала могут привести к изменению постоянной составляющей в текущем или мгновенном (на протяженном участке кодовой последовательности) спектре сигнала, к «плаванию базовой линии» воспроизводимого сигнала, затрудняю­щему пороговое детектирование. Для сбалансированных кодов отношение по­стоянной составляющей кодовой последовательности (С=) к полному размаху сигнала (Л) стремится к нулю. Для несбалансированных кодов отношение С=/А может достигать 0,5. В последнем случае пороговое детектирование сиг­нала невозможно.

Рассмотрим несколько видов канальных кодов, пригодных для цифровой записи.

Бифазный код (БФ) характеризуется тем, что одному логиче­скому состоянию, например 1, соответствует изменение фазы сигнала на 180 в начале тактового интервала и противоположное изменение фазы в середине тактового интервала, а другому логическому состоянию, например 0, соответ­ствует изменение фазы сигнала на 180° в середине тактового интервала.

Бичастотный код (БЧ) одному из логических состояний, напри­мер 1, соответствует два полупериода прямоугольного колебания с частотой 1/Tт в течение тактового интервала, а противоположному логическому состо­янию, например 0, соответствует один полупериод прямоугольного колебания с частотой 1/2TT.

Бичаетотная и бифазная кодовые последовательности близки по своей структуре и по спектральному составу. Они полностью сбалансированы (по­стоянная составляющая равна 0), обладают наилучшей самосинхронизирую­щей способностью, но требуют вдвое большей полосы пропускания канала пе­редачи, чем, например, БВН.

Расширения полосы пропускания не требуют трехчастотные коды. Трех-частотные кодовые сигналы содержат последовательности полупериодов пря­моугольных колебаний с продолжительностью Гт, 1,5ГТ и 2ГТ Существует 14 вариантов трехчастотных кодов с приблизительно одинаковы­ми свойствами. Они обладают самосинхронизацией, но могут содержать по­стоянную составляющую. Для этих кодов правильное восстановление инфор­мации после сбоя возможно лишь после прихода комбинации из трех симво­лов, образующей в кодовой последовательности максимальный интервал (2ГТ) между соседними изменениями полярности сигнала. Один из вариантов этих кодов назван кодом Миллера, или модифицированной частотной модуляцией (МЧМ). Его алгоритм следующий одному из логических состоя­ний, например 1, соответствует изменение полярности сигнала в середине тактового интервала, а противоположному логическому состоянию, например О, соответствует изменение полярности сигнала в начале тактового интервала, за исключением случаев, когда 0 непосредственно следует за 1. Правильное детектирование этого кода осуществляется после прихода комбинации 101. Этот код находит применение в цифровой записи звука. Модифицированный код Миллера, или М2 сбалансирован. Для уменьшения постоянной составляющей в кодовой последовательности в алго­ритм кодирования введено дополнительное ограничение. Одному логическому состоянию, например 1, в коде М2 соответствует изменение полярности в се­редине тактового интервала, за исключением последней 1 в серии «единиц»; другому логическому состоянию, например 0, соответствует изменение поляр­ности в начале тактового интервала, за исключением случая, когда 0 непо­средственно следует за 1. Кодированный сигнал состоит из полупериодов пря­моугольных колебаний продолжительностью Tт, 1,5 TТ, 2,5 Тт и ЗГТ. Этот код часто применяют при цифровой записи. Трехпозиционная модуляция, или код ЗРМ), относится к груп­повым кодам. Исходная информация разделяется на группы из трех символов, и каждое трехраэрядное цифровое слово преобразуется в шести­разрядное слово, в котором 1 соответствует изменению полярности и любые 1 всегда разделены двумя 0:

1. 000->000010 5. 100->001000

2. 001->000100 6. 101->100000

3. 010->010000 7. 110->00010

4. 011->010010 8. 111->00100

Если на стыках слов, например 1 и б, 7 и 8, образуются комбинации Ш1, то они заменяются комбинациями 010: 000010 100000 000001 000000

Модуляция с высокой плотностью, или код HDM-1, также не требует расширения полосы пропускания канала и обладает самосинхро­низацией, уступающей, однако, коду 8/16. Правила его построения следующие: если входная комбинация содержит 01, то изменение фазы сигнала осуществ­ляется в середине интервала бита «единицы». Для последовательности 1 из­менение фазы осуществляется на границе каждой пары 1; если три 1 пред­шествуют 0, точка изменения фазы сдвигается от края второй 1 к границе между последней 1 и 0. Для последовательности 0 исходного сигнала исполь­зуются следующие правила: если предшествующая точка смены фазы нахо­дится на границе интервала бита, для последующих «нулей» не имеется пе­реходов, за исключением случаев смены фазы на границе четвертого или пя­того 0 (по крайней мере, для пяти последовательных 0). Если предшествую­щий переход находится в середине интервала бита, смена фазы для после­дующих «нулей» отсутствует, за исключением точек на границе третьего и четвертого 0 (для, по крайней мере, последовательности из четырех 0).

Как выбрать преобразователь аудиосигнала

Любительский

Аватар пользователя

АЦП, ЦАП: зачем нужен преобразователь аудиосигнала?


ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь – нужен для преобразования аудиосигнала из цифрого формата в аналоговый; обычно, для передачи в усилитель или немедленного озвучивания.

Все современные форматы записи аудио используют цифровое представление. И треки на CD или blu-ray дисках, и mp3-файлы, и музыка с iTunes – все они хранятся в цифровом формате. И для того, чтобы воспроизвести эту запись, её надо преобразовать в аналоговый сигнал – эту функцию и выполняет цифро-аналоговый преобразователь. Встроенный ЦАП присутствует в любом устройстве, воспроизводящем музыку. Но часто бывает, что качество проигрывания одних и тех же аудиофайлов (или треков с одного и того же диска) на разных плеерах заметно отличается. Если при этом используются одинаковые усилители и наушники, значит, проблема в ЦАП плеера.



Аудиосигнал, прошедший через низкокачественный ЦАП

ЦАПы бывают разные: дешевые преобразователи с низким энергопотреблением (часто используемые производителями в мобильных устройствах) имеют низкое быстродействие и малую разрядность, что сильно сказывается на качестве звука.


Если у мобильного устройства есть цифровой выход (S/PDIF или USB), можно подключить к нему внешний ЦАП - это гарантирует высокое качество преобразования цифрового звука в аналоговый.


Еще один приятный бонус можно получить, приобретя ЦАП с поддержкой Bluetooth. Это позволит слушать отличную музыку на подключенных к преобразователю динамиках, не будучи «привязанным» к нему проводами. Для мобильного компьютера (планшета или ноутбука) это может оказаться очень удобным. Кроме того, с таким преобразователем вы сможете проигрывать музыку с других устройств, поддерживающих Bluetooth и легко переключаться между ними.


АЦП – аналого-цифровой преобразователь – нужен, наоборот, для преобразования аналогового аудиосигнала в цифровой формат. АЦП будет незаменим при оцифровке (переводе в цифровой формат) старых аналоговых записей: на грампластинках, аудио и видеокассетах. Также АЦП потребуется при записи в цифровом виде «живого» звука с микрофона. Плееры с функцией записи и компьютерные звуковые карты имеют встроенный АЦП, но если вам важно качество оцифровки, лучше доверить эту задачу специализированному устройству.

Несмотря на совершенно противоположные задачи, АЦП и ЦАП обладают некоторыми общими характеристиками, оказывающими большое влияние на качество преобразования.

Характеристики преобразователей аудиосигнала.


Количество отсчетов в секунду - частота дискретизации

Для АЦП частота дискретизации определяет, с какой частотой преобразователь будет измерять амплитуду аналогового сигнала и передавать её в цифровом виде. Для ЦАП – наоборот, с какой частотой цифровые данные будут конвертироваться в аналоговый сигнал.

Чем выше частота дискретизации, тем результат преобразования ближе к исходному сигналу. Казалось бы, чем выше этот показатель, тем лучше. Но, согласно теореме Котельникова, для передачи сигнала любой частоты достаточно частоты дискретизации, вдвое большей частоты самого сигнала. С учетом того, что самая высокая частота, различимая на слух – 20 кГц (у большинства людей верхняя граница слышимого звука вообще проходит в районе 15-18 кГц), частоты дискретизации в 40 кГц должно быть достаточно для качественной оцифровки любого звука. Частота дискретизации audio CD: 44.1 кГц, и максимальная частота дискретизации mp-3 файлов: 48 кГц, выбраны как раз исходя из этого критерия. Соответственно, ЦАП, проигрывающий аудиотреки и mp3-файлы, должен иметь частоту дискретизации не менее 48 кГц, иначе звук будет искажаться.


Зеленым цветом показан исходный аудиосигнал, состоящий из нескольких гармоник, близких к 20 кГц. Малиновым цветом обозначен цифровой сигнал, дискретизированный с частотой 44.1 кГц. Синим цветом обозначен аналоговый сигнал, восстановленный из цифрового. Хорошо заметны потери в начале и конце отрезка.

Теоретически, такой частоты дискретизации должно быть достаточно, но практически иногда возникает надобность в большей частоте: реальный аудиосигнал не полностью отвечает требованиям теоремы Котельникова и при определенных условиях сигнал может искажаться. Поэтому у ценителей чистого звука популярны записи с частотой дискретизации 96 кГц.

Частота дискретизации ЦАП выше, чем у исходного файла, на качество звука не влияет, поэтому приобретать ЦАП с частотой дискретизации выше 48 кГц имеет смысл, только если вы собираетесь прослушивать с его помощью blu-ray и DVD-аудио или loseless музыку с частотой дискретизации, большей 48 кГц.

Если вы твердо нацелились на приобретение преобразователя с частотой дискретизации выше 48 кГц, то экономить на покупке не стоит. ЦАП, как и любое другое аудиоустройство, добавляет в сигнал собственный шум. У недорогих моделей шумность может быть довольно высокой, а с учетом высокой частоты дискретизации, на выходе такого преобразователя может появиться опасный для динамиков ультразвуковой шум. Да и в слышимом диапазоне шумность может оказаться настолько высокой, что это затмит весь выигрыш от повышения частоты дискретизации.


Чем выше разрядность, тем выше точность измерения или восстановления амплитуды сигнала

Разрядность – вторая характеристика, непосредственно влияющая на качество преобразования.

Разрядность ЦАП должна соответствовать разрядности аудиофайла. Если разрядность ЦАП будет ниже, он, скорее всего, просто не сможет преобразовать этот файл.

Треки audio CD имеют разрядность 16 бит. Это подразумевает 65536 градаций амплитуды – в большинстве случаев этого достаточно. Но теоретически, в идеальных условиях, человеческое ухо способно обеспечить большее разрешение. И если о разнице между записями с дискретизацией 96 кГц и 48 кГц можно спорить, то отличить 16-битный звук от 24-битного при отсутствии фонового шума могут многие люди с хорошим слухом. Поэтому, если ЦАП предполагается использовать для прослушивания DVD и Blu-ray аудио, следует выбирать модель с разрядностью 24.

Чем выше разрядность АЦП, тем с большей точностью измеряется амплитуда звукового сигнала.

При выборе АЦП следует исходить из того, какие задачи с его помощью предполагается решать: для оцифровывания «шумных» аудиозаписей со старых магнитофонных лент высокая разрядность АЦП не нужна. Если же вы планируете получить качественную цифровую запись со студийного микрофона, имеет смысл воспользоваться 24-битным АЦП.

Количество каналов определяет, какой звук сможет преобразовывать устройство. Двухканальный преобразователь сможет обрабатывать стерео и моно звук. Но для преобразования сигнала формата Dolby Digital или Dolby TrueHD понадобится, соответственно, шести- или восьмиканальный преобразователь.

Соотношение сигнал/шум определяет уровень шума, добавляемого в сигнал преобразователем. Чем выше этот показатель, тем более чистым остается сигнал, проходящий через преобразователь. Для прослушивания музыки нежелательно, чтобы этот показатель был ниже 75 дБ. Hi-Fi аппаратура обеспечивает минимум 90 дБ, а высококачественные Hi-End устройства способны обеспечить отношение сигнал/шум в 110-120 дБ и выше.


ЦАП должен иметь цифровой вход – это может быть S/PDIF, USB или Bluetooth. Выходу ЦАП аналоговый - «джек» (jack) или «тюльпаны» (RCA). У АЦП все наоборот – аналоговый вход и цифровой выход. Хорошо, если преобразователь имеет несколько различных входов и выходов – это расширяет возможности по подключению к нему различных устройств. Если же вход на преобразователе один, убедитесь, что аналогичный выход есть на устройстве, к которому предполагается его подключать.

Преобразователи аудиосигнала скорее относятся к студийному и домашнему оборудованию, поэтому питание большинства преобразователей производится от сети 220В. Но существуют и преобразователи, которые питаются от аккумуляторов и могут быть использованы автономно. Это может оказаться удобным при использовании преобразователя с мобильным устройством – ноутбуком, планшетом, смартфоном или плеером.

Некоторые преобразователи получают питание через разъем micro-USB, при этом получать (или передавать) аудиосигнал через этот разъем они не могут. Если вам важно, чтобы ЦАП мог читать аудиофайлы на USB-носителях, перед покупкой убедитесь, что USB на устройстве используется не только для питания.

Варианты выбора.


Если вам нужно устройство, с помощью которого можно будет оцифровать старые магнитофонные записи или записать на компьютер звук с микрофона, вам нужен аналогово-цифровой преобразователь. Цены на них начинаются от 1100 рублей.


Если вы желаете получить устройство для качественного проигрывания аудифайлов со смартфона с возможностью беспроводного соединения, выбирайте среди ЦАП с поддержкой Bluetooth. Такое устройство обойдется вам в 1400-1800 рублей.


Если же вы желаете услышать все богатство звука, записанного в loseless-формате с высокой частотой дискретизации и битностью 24, вам понадобится соответствующий ЦАП. Стоить он будет от 1700 рублей.

Читайте также: