Некоммерческое Акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ и СВЯЗИ 

Кафедра радиотехники

Радиовещание, электроакустика, запись сигналов звука и изображения

 Конспект лекций

для студентов всех форм обучения специальности

050719-Радиотехника, электроника и телекоммуникации

 

 

 

 

 

 

Алматы 2009

 

СОСТАВИТЕЛЬ: Т.А.Урусова  Радиовещание, электроакустика, и запись сигналов звука и изображения. Конспект лекций для  сту­дентов всех форм обучения специальности 050719- Радиотехника, электроника и телекоммуникации. — Алматы: АИЭС, 2009. - 62 с.

         Конспект лекций предназначен для студентов специальности 050719- Радиотехника, электроника, телекоммуникации всех форм обучения и содержит  теоретические материалы  для изучения дисциплины, а также приведен  перечень рекомендуемой литературы.

 

 Содержание 

Лекция № 1 Введение. Электроакустические преобразователи. Метод электромеханических аналогий            

  Лекция № 2 Устройство микрофонов  и  их  классификация          

  Лекция № 3 Устройство громкоговорителей их классификация      

 Лекция № 4 Акустические системы (АС). Открытое, закрытое акустическое оформление        

 Лекция № 5 Акустические системы с фазоинвертором, с пассивным излучателем                     

 Лекция № 6 Цифровые способы кодирования    

 Лекция № 7 Реверберация. Различные типы студий и оптимальное время реверберации для них        

 Лекция № 8 Система домашнего кинотеатра      

 Лекция № 9  Компрессия. Измерители уровня    

 Лекция № 10  Способы записи сигналов. Магнитная запись    

 Лекция №11  Внешние запоминающие устройства. СD, CD-R, CD-RW    

Лекция №12  Индустрия DVD. Вlu-Ray Dick, самоуничтожающиеся диски, терабайтный диск        

Лекция №13  Цифровые  видеокамеры. Форматы видеозаписи                    

Лекция №14  Флеш карты                     

Лекция №15  Системы безопасности и контроля доступа                            

Список литературы                                                                                

 

       Лекция № 1.  Введение. Электроакустические преобразователи.  Метод электромеханических аналогий

 

Аналогия  по переменным характеристикам

 

U -   причина движения электрических зарядов;

F -   причинa движения тел и др. механических  элементов.

Электрический ток - скорость движения зарядов  i = dq/dt;

скорость движения тел и элементов                       v = dx/dt.

Смещение тела от начального положения - аналог электрического заряда

 (сравнить с током смещения в полупроводниках).

 

Аналогия по параметрам

Падение напряжения на индуктивном сопротивлении

U = L   di   ,

           dt

Сопоставляя формулу со вторым законом Ньютона:

                 dv

         F_m = т   —      .

              dt

Таким образом индуктивность - аналог массы. д

         Явление самоиндукции называют электрической инерцией.

Кинетическая энергия       T   = mv²/2 , и энергия магнитного поля Wм.=Li²/2 также аналогичны по форме и по свойствам.

         Ёмкость   и гибкость - аналоги Падение напряжения на емкостном сопротивлении

U_c = q/C .

 Сравнивая это  выражение с законом Гука: F_k=kx,

 Где электрическая емкость С — аналог обратной величины

                                                 k -     упругости механической системы.

Если вместо упругости взять обратную ей - гибкость(С_м)=l/k, то емкость и гибкость  аналогичны. Потенциальная энергия при продольной деформации тела П=F²/2k = C_M F² /2 и энергия электрического поля конденсатора

                     W= C U²/2 аналогичны по форме и по свойствам.

 

         Падение напряжения  на активном сопротивлении U_R = RI    аналогично силе трения                                                        F_r =  r_uv

 Поэтому коэффициент трения r_u        и   активное электрическое сопротивление R  — аналоги. 

                     I=U/R   - закон Ома

Механическое сопротивлении:     z_м = F/v - закон Ома в механике 

 

 Т а б л и ц а  1.1 - Соответствие электрических и механических величин

 

 

Рисунок 1.1 - Аналоги соединений

 

 

Рисунок 1.2 - Электрические аналоги механических систем

 

         Лекция №2. Устройство микрофонов их классификация

 

Общая классификация  по принципу:

-преобразования звуковой энергии в электрическую (механо - электрические характеристики);

-воздействия звука на диафрагму (механо-акустические характеристики);

-зависимости выходного сигнала от пространственной ориентации (характеристи­ки направленности);

-включения в аудио тракт (коммутационные характеристики).

 

Исполнение:

ручной

-ручной / подвесной, - прикрепляемый к  муз. инструменту,  -петличный,  -накамерный,

настольный

Рисунок 2.1- Типы микрофонов

 

Принцип действия угольного микрофона

 

Рисунок 2.2- Угольный  микрофон

Угольный порошок меняет сопротивление электрическому току в зависимости от плотности, изменяющейся под действием звуковых колебаний воздушной среды.   Основные элементы: 1)подвижный и неподвижный электроды, подключенные к электрической цепи; 2) угольный порошок между электродами.Подвижный электрод связан с мембраной, воспринимающей колебания. Корпус изготовлен из токонепроводящего материала.

 

Принцип действия ленточного микрофона

Между плоскопараллельными поверхностями полюсных наконечников магнита – тонкая гофрированная лента -2(прочная при хорошей гибкости, малой массе). Гофрировка-для повышения гибкости, механической прочности и удельной длины. Лента параллельна силовым линиям поля Н. Микрофон располагается так, чтобы сила акустической волны была перпендикулярна плоскости ленты.   Устройство динамического микрофона аналогично устройству динамического громкоговорителя ( часто используются как громкоговорители - в рациях, где компактность важнее качества звука).Диафрагма связана с катушкой (внутри зазора, вокруг магнита). Продольные колебания прилегающего воздуха смещают диафрагму с катушкой относительно постоянного магнитного поля, что приводит к появлению на концах катушки U~ , амплитуда и частота которого пропорциональны силе и частоте звука, действующего на диафрагму.

ленточный микрофон

 

Принцип действия конденсаторного микрофона

Звук действует на мембрану -одну из обкладок конденсатора, включенного последовательно с источником постоянного тока.   При звуковом воздействии на мембрану она колеблется, меняя емкость, т.о. постоянное напряжение источника становится переменным. Конденсаторный микрофон всегда снабжается специальным усилителем, согласующим выход микрофона со входом нагрузки. Разновидность конденсаторного микрофона -электретный микрофон.

В электретном микрофоне пластины конденсатора (из спец. материала) постоянно заряжены  - не требуют ИП.

Изменение чувствительности микрофона при перемещении источника звука

 неизменной интенсивности относительно оси, перпендикулярной плоскости диафрагмы, называется  направленностью.

 

Рисунок 2.3 – Диаграммы направленности микрофонов

 

Чувствительность:

      меняется  слабо - микрофон  ненаправленный -круговая характеристика;

в пределах фронтальной полусферы меняется мало,  с тыльной стороны полусферы ;     

резко падает- микрофон  односторонненаправленный,  характеристика - кардиоида;

если у кардиоидного микрофона чувствительность при отклонении от оси ослабляется, образуя вытянутую кардиоиду, это суперкардиоидный микрофон;

-падает при отклонении от оси- микрофон гиперкардиоидный (остронаправленный);

- двусторонненаправленные микрофоны- график характеристики "восьмерка". 

Характеристики направленности зависят от соотношения  длины волны и    размеров микрофона:

- на НЧ направленность проявляется меньше;

- на ВЧ - больше.

 

По способам коммутации:

          Трациционные                                               Радиомикрофоны

Рисунок 2.4 – Различные типы коммутации микрофонов

Радиомикрофон: микрофонная головка  и передатчик   в одном корпусе, приемник (ресивер);

Петличный радиомикрофон : сам микрофон, закрепленный на одежде  и соединенный с ним скрытым  кабелем трансмиттер (на поясе).

 

            Лекция №3. Устройство громкоговорителей их классификация 

Классификация головок громкоговорителей по: 

-принципу действия (электродинамические, электростатические, пьезокерамические, плазменные);

-способу излучения (прямого излучения, рупорные);

-полосе передаваемых частот (низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные, широкополосные);

-области применения (телевизионные, автомобильные, студийные и др.).

 

 Наиболее распространены динамические громкоговорители (катушечные)

 

Рисунок 3.1- Динамический громкоговоритель

Диффузор преобразует механические колебания в акустические, он  движется силой, действующей   на жестко скрепленную с ним катушку, внутри радиального магнитного поля. В катушке возникает переменный ток, сответствующий аудиосигналу. Магнитное поле в громкоговорителе создается кольцевым постоянным магнитом и магнитной цепью из двух фланцев и керна. Катушка под действием силы Ампера движется в пределах кольцевого зазора

 

между керном и верхним фланцем,  ее колебания передаются диффузору, создающему акустические колебания, распространяющиеся в воздушной среде

 

Подвижная система  включает:

а) с коническим диффузором; б) купольной диафрагмой     Рисунок 3.2-  Устройство громкоговорителя

-подвес 1, -конический диффузор или  купольную диафрагму 2; -центрирующую шайбу 3; -пылезащитный колпачок 4, -звуковую катушку 5, -гибкие выводы 6.

В  ВЧ  громкоговорителях для увеличения чувствительности и снижения веса:

- намотка катушек производится плоским алюминиевым проводом;

- каркасы из тонкой алюминиевой фольги, полиамидной пленки.

Для повышения температурной устойчивости  зазор заполняют магнитной жидкостью. Подвижная система- обычно куполообразная диафрагма (реже- плоские кольцевые диафрагмы или V-образные).

 

Новейшие материалы для изготовления НЧ диффузоров ГГ:

-Полипропилен- армированный волокнами из углерода  (для жесткости и одновременно легкости) .

 -Кевлар - искусственный тканный материал с  уникальным  сочетанием механических свойств, разработанный в  рамках космических программ NASA.

Для повышения чувствительности акустических систем в новых моделях громкоговорителей применяют магниты с повышенной коэрцитивной силой, с использованием ферритов или сплавов редкоземельных элементов (ниодим, самрий, кобальт).

Рисунок 3.3- Ферромагнитная жидкость в магнитном зазоре

В современных НЧ громкоговорителях для отвода тепла и повышения демпфирования звуковой катушки используются специальные ферромагнитные жидкости. Они были созданы в начале 90-х, но применялись только в ВЧ-громкоговорителях, т. к. при больших зазорах в НЧ-ГГ не удавалось предотвратить их вытекание.

         Сейчас ряд фирм выпускает НЧ громкоговорители  с зазором, заполненным ферромагнитной жидкостью. Ферромагнитная жидкость - вязкая суспензия, где находятся магнитные частицы .

          При заполнении зазора жидкостью положение этих частиц симметрируется в направлении силовых линий постоянного магнитного поля, что позволяет удерживать жидкость в зазоре, не давая ей вытекать. Т.к. магнитная жидкость имеет теплопроводность в 5р. большую, чем воздух, то тепло от катушки отводится быстрее, что увеличивает подводимую мощность к ГГ. Наличие жидкости в зазоре увеличивает механическое демпфирование движения катушки (уменьшает искажения).

Современные ВЧ ГГ изготавливаются только с купольным полусферическим диффузором, мягким, -из  шелковой ткани с пропиткой или из пластикой пленки.

Преимущество мягких диффузоров - хорошее затухание паразитных колебаний в материале диффузора, недостаток - относительно большая масса (меньшая чувствительность и худшая передаточная характеристика).

Жесткие диффузоры изготавливают из алюминия, титана. Они легкие и чувствительные, но с набором паразитных резонансов,  с   "металлической" окраской  в звучании высоких частот.

Рупорные громкоговорители

Рисунок 3.4- Рупорный                            громкоговоритель

Рупор - для согласования сопротивлений     механической системы и окружающей среды и концентрации звуковой  энергии ГГ в определенном направлении. Характеризуется: -высокой направленностью; -высоким КПД (до 20%).

S1= S0 exp (dх), где    S0 —площадь входного отверстия;  d — показатель расширения рупора;  х — расстояние от входного отверстия в направлении                   оси симметрии.

  

Устройство рупорных громкоговорителей

 

Рисунок 3.5 -Устройство рупорных громкоговорителей

Катушка -1, колеблется в зазоре 2 магнитной системы- 3, скреплена с упругой диафрагмой 4 из тонкого металла и представляет собой подвижную часть массой m. Диафрагма соединена с корпусом гибкой подвеской 5 и является поршнем, колеблющимся в воздушной среде подобно диффузору. Перед диафрагмой -рассеиватель энергии 6 и узкое входное отверстие рупора 7, в которое направляются излучаемые диафрагмой звуковые волны.

        

         Объем между входным отверстием и диафрагмой образует предрупорную камеру — воздушный объем гибкостью С_м, где концентрируется повышенное звуковое давление. Наиболее распространены рупоры, площадь сечения которых изменяется в направлении рабочей оси по экспоненциальному закону.

         Площадь диафрагмы выбирается больше сечения отверстия, т.о., предрупорная камера – механический аналог трансформатора. Рупорные громкоговорители делают и широкогорлыми, без предрупорной камеры (размеры диффузорной диафрагмы увеличиваются).

          Рупор связывает механическую колебательную систему с внешней средой, обеспечивая нужную осевую концентрацию.

 

Радиальные громкоговорители (звуковые люстры)

 

Рисунок 3.6 - Звуковые люстры

 Изодинамические громкоговорители

Излучающий элемент - тонкая диэлектрическая мембрана 1 с напылением проводника  2 в форме прямоугольной плоской спирали. Мембрана - в зазоре между системой параллельных магнитов- 3. Применяются в АС высшей группы сложности.  Громкоговоритель 10ГИ-1:  -диапазон частот 2,0 ... 30 кГц; - чувствительность 87 дБ; - номинальная мощность 10 Вт;  -габаритные размеры 105 х 120 х 35 мм.

Рисунок 3.7 - Изодинамические                           громкоговорители

 

Электростатические громкоговорители

Рисунок 3.7 - Изодинамические                     громкоговорители

Излучающий элемент1- мембрана (металлизированная лавсановая пленка толщиной 8 ... 10 мкм), между двумя перфорированными электродами 2  из диэлектрика,  с металлическим напылением. Между мембраной и электродами приложено высокое поляризующее напряжение 4.Напряжение звуковой частоты подается через повышающий трансформатор 3.   Пример - система АСЭ-2 с параметрами: -диапазон воспроизводимых частот45Гц-  30кГц; -номинальное среднее звуковое давление 1,2 Па; -номинальное входное напряжение 8 В.

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция №4.  Акустические системы (АС).

          Открытое, закрытое акустическое оформление

 

         Акустическая система (АС) - электромеханический преобразователь электрических звуковых сигналов в акустические. В большинстве АС (90%) это преобразование  с помощью электродинамических головок.

В корпусе располагаются  динамики и разделительные фильтры.

         Реже в  акустических системах  - излучатели, основанные на других принципах: электростатические, пьезоэлектрические, изодинамические;плазменные.

 

Полочные  акустические системы

Преимущества:   -малогабаритные (просто обеспечить необходимую жесткость корпуса, для достижения высокого качества звучания;  -меньший расход материалов на их изготовление – дешевле конструкция.

Недостатки:   -из-за малых габаритов упругость воздуха внутреннего объема ухудшает излучение НЧ (меньше гибкость диффузора ), что повышает резонансную частоту .Обычно не излучают ниже 50 Гц , меньший динамический диапазон, чем у напольных.

Напольные акустические системы

Преимущества:	Недостатки:
- более глубокий и мощный бас за счет большого объема корпуса; -не требуют дополнительных держателей для надежной установки, исключающих колебания и вибрации  корпуса АС.	-жесткость корпуса более крупной АС сложнее (внутренние перегородки, стяжки, ребра жесткости, необходима ДСП толще)

         Электрическая мощность АС определяется исходя из   значения ее характеристической чувствительности –это своеобразный КПД  АС.

         Характеристическая чувствительность показывает, эффективность преобразования электрического звукового сигнала на ее входе в акустическую мощность звуковой волны.

Характеристическая чувствительность измеряется в дБ/Вт/м и равна уровню звукового давления в 1 дБ, развиваемого АС на расстоянии метра (по  центральной оси), при подведении ко входу звукового сигнала в 1 Вт.

         Типовые значения характеристической чувствительности

современных АС в диапазоне 84-92 дБ/Вт/м.

         Пример: для озвучивания помещения площадью 14-16 кв.м с помощью АС с характеристической чувствительностью 90 дБ/Вт/м достаточно выходной мощности усилителя 20-30 Вт на канал.

 

Открытым акустическим оформлением называется конструкция  корпуса, в котором задняя сторона звукоизлучающей поверхности диффузора головки не изолирована акустически от передней. В качестве открытого оформления применяется:

 -плоский экран (щит);

 -ящик (обычно параллелепипед) с перфорированной задней стенкой.

Открытое акустическое оформление наиболее распространено  и используется в телевизорах, переносных радиоприемниках всех классов, кассетных магнитофонах, абонентских ГГ, катушечных магнитофонах, стационарных радиоприемниках и электрофонах за исключением высококачественной звуковоспроизводящей РЭА  с выносными АС.

Плоский экран - простейший вид открытого оформления. Даже при небольших его размерах воспроизведение НЧ значительно улучшается, на СЧ и особенно ВЧ экран уже не оказывает существенного влияния.

Экран - квадратная/прямоугольная толстая доска/фанера (10-20) мм, с отверстием по периметру диффузородержателя. Соотношение сторон прямоугольного экрана от 2:1 до 3:1 - головка в центре экрана.

 Смещение от центра прямоугольного экрана уменьшает звуковое давление АС и ухудшает частотную характеристику. У квадратных экранов смещение  улучшат характеристику. 

 

Рисунок 4.1 - Частотные характеристики головки при центральном расположении в прямоугольном экране (1) - при смещении вдоль длинной стороны (2)

 

Площадь экрана, исходя из обеспечения наиболее равномерной характеристики, может быть определена как

                                (4.1)

где j <2 — некоторая функция от Q при 1,93 < Q < 2,5 приближенно равна Q;

 f(гр.н) - определяется по рисунку 2.6 . При Q < 1,93 выражение 4.1 имеет вид

                               (4.2)

Обычно экраны выполняют меньших размеров, чем рекомендовано в 4.1 и 4.2 . Тогда на нижней граничной частоте следует ожидать спада частотной характеристики на

                                                                 (4.3)

где S — вычисленная по (4.1) и (4.2) площадь экрана;

 S' — фактическая площадь экрана.

Рисунок 4.2- Частотная характеристика головки в открытом оформлении  

 

Задняя стенка состоит из:   1 — ящика без задней стенки; 2,3 - слоев поролона 5 и 15 мм; 4 — электрокартона 3 мм; 5 — электрокартона (3 мм) со          слоем поролона (20 мм).

Рисунок 4.2- Частотные характеристики головки
в открытом оформлении

А(0)/А- степень перфорированности задней стенки, где A(0)- общая площадь равномерно распределенных отверстий; A- площадь задней стенки А(0)/А ³ 0,1 для оформлений с объемом 5 л ;  А(0)/А ³ 0,15— 0,20 для оформлений с объемом менее 5 л.

Рисунок 4.3- Частотные характеристики головки

с различным числом отверстий (n) диаметром 20 мм в задней стенке

 

Закрытое акустическое оформление
Преимущество: полностью отсутствует «акустическое короткое  замыкание». 

Недостаток: диффузоры  головок  нагружены дополнительной упругостью объема воздуха  внутри оформления, что приводит к  повышению резонансной частоты .Упругость подвижной системы можно выразить через упругость эквивалентного объема воздуха V_э, имеющего упругость s₀.

 Резонансная частота головки в закрытом оформлении

  w_o1 =w_oÖ 1+ V_э/V ,

         Для снижения   резонансной частоты иногда применяют головки с более тяжелой подвижной системой.Но  увеличение массы подвижной системы снижает чувствительность АС.

 

Стандартное звуковое давление Р_СТ определяется:

р_ст = 2,65 Х 10^-3 Öf ₀₁ ³ V/Q ₀₁ 

         где Q₀₁ — добротность головки в закрытом оформлении.

 

Неравномерность частотной характеристики закрытых АС в области НЧ

 (так же, как и открытых АС), определяется добротностью .

 

 

 

            Рисунок 4.5- ЧХ закрытой АС( cлева), зависимость

неравномерности ЧХ от добротности (справа)

 

 

 

Рисунок 4.4-Частотные характеристики головки в ящиках различной формы

 

Желательная  добротность головки: Q  =   Q₀₁  / Ö1+ Vэ/V

 

Q £  (0,8— 1) для закрытых АC, иначе головка «раздемпфированная», т.е. при подаче на нее напряжения, кроме колебаний в такт с поданным,  возникают колебания с собственной частотой, близкой к резонансной.

 (на слух: примешивается «гудение», «нечистота» НЧ)

 

 Если головка в закрытом ящике, ухудшается равномерность характеристики на СЧ и ВЧ из-за резонансных явлений в оформлении.

 Для устранения: на внутренней поверхности (особенно задней стенке) -звукопоглощающий материал, им заполняется часть объема для изменения термодинамического сжатия/расширения воздуха.

 

 

         Лекция №5. Акустические системы (AС) с фазоинвертором,

АС с пассивным излучателем

 

Закрытые АС требуют большого объема оформления для хорошего воспроизведения НЧ, поэтому громоздки и тяжелы.                                    

         Существующие малогабаритные закрытые АС малочувствительны. Если требуется закрытая АС меньших габаритных размеров,  то «басов» у нее будет значительно меньше. В значительной степени этого недостатка можно избежать в АС с ФИ.

                      

Устройство АС с фазоинвертором

 

1 — головка; 2 — канал  (труба) фазоинвертора;  3-звукопоглощающая обивка Рисунок 5.1- АС с фазоинвертором

Отличается от закрытой отверстием в корпусе, или отверстием с трубой круглого /прямоугольного сечения. Т.о.,нет нейтрализации звуковых давлений от передней и задней поверхностей диффузора, как в открытых АС.           При подборе параметров ГГ, оформления и выбора отверстия (трубы) ФИ можно получить от АС с ФИ улучшение воспроизведения НЧ по сравнению с закрытой АС.          Контур ФИ настраивают на частоту, близкую к fрез. ГГ. Расстройка fрез. ФИ относительно  fрез  ГГ  не должна превышать ±2/3 октавы  или совпадать с ней.

В АС с ФИ применяются громкоговорители с добротностью только  Q < 0,6.  Система не реализуема, если расчетная длина трубы больше конструктивно-допустимой. Длина трубы не должна превышать l_н/12

где l _н— длина волны на f_рез. контура ms;

       f _рез= 1/2pÖs/m .

         При расчете давления звука определяется не абсолютная величина - р_ф, а сравнительная со звуковым давлением,  аналогичная по параметрам закрытой системе р_з, что позволяет определить выигрыш АС с ФИ по сравнению с закрытой АС.

 

 

Рисунок 5.2 - Конструкция, где громкоговоритель- внутри отверстия ФИ,  т.о., сопротивление излучения  максимально.

Чем ближе отверстие ФИ и ГГ, тем больше суммарное сопротивление излучения  и тем большая величина звукового давления рзв .   Расчет звукового давления  Обозначим: t =w/w0 — относительная частота;    п= Vэ/V — относительный объем оформления.     где А — частотно-независимый множитель.

 

АС с пассивным излучателем:

 

a)                             б)

a-громкоговоритель прямого излучения; б- пассивный излучатель

                                      Рисунок 5.3

         Акустическая система  с дополнительной подвижной системой

 (низкочастотные громкоговорители без катушки и магнитной цепи) .

         Пассивный излучатель возбуждается колебаниями воздуха в закрытом корпусе при работе громкоговорителя на низких частотах.

         Суммарное звуковое давление в акустических системах   с пассивными излучателями на НЧ большее, чем  в закрытой АС,  при прочих равных условиях.

      Масса воздуха в трубе фазоинвертора заменена массой подвижной системы пассивного излучателя. Преимущество такой системы- простота смены f_рез (меняя массу подвижной системы ПИ), не надо менять

диаметр или длину трубы как в акустических системах с фазоинвертором.

            

Расчет и настройка пассивного излучателя

 

Площадь пассивного излучателя должна быть не меньше площади диффузора громкоговорителя, на массу - нет ограничений.

         Настройка пассивного излучателя на частоту резонанса f_п производится подбором массы т и гибкости объема воздуха S_В:

 

f_п = 1/2pÖ S_В+ S₀

                                                                          m          ,

 

Акустическое оформление с лабиринтом

Тыльная сторона диффузора ГГ работает на лабиринт-  зигзагообразный звукопровод 2.  Конец лабиринта -выходное отверстие  3 на одной из стенок корпуса. Поперечное сечение лабиринта - прямоугольное/ круглое, площадь = эффективной площади диффузора Sэфф.     Если длина лабиринта равна1/2l на fн.гр ,  то. излучения выходного отверстия и передней стороны диффузора громговорителя  синфазны.

Лекция №6. Цифровые способы кодирования

 

Существует два варианта способа записи без возвращения к нулю. Сигналы записи и воспроизведения соответствующие этому способу, приведены на pисунке 6.1  .

Каждой «единице» информации, поступающей на запись, соответствует перепад тока в магнитной головке ( см. рисунок 6.2). Верхний уровень тока I_в намагничивает носитель до насыщения в одном направлении (например, + Mr), нижний уровень I_н - в проти­воположном направлении

 -Mr. Типичная схема устройства записи-воспроизведения по способу записи БВНМ приведена на рисунке 6.1 .

Импульсы «единиц» информации поступают на счетный вход триггера I. Потенциальные выходы триггера  подключены к усилителям записи 2 и 3, с выходов которых парафазные сигналы подаются на две полуобмотки магнитной головки 4. Сигнал  «Разрешение записи» открывает усилители только на время записи определенного массива, после чего оба усилителя закрываются. При воспроизведении каждому перепаду тока соответствует импульс с магнитной головки. Импульс, образующийся при воспроизведении одиночного перепада намагниченности, может быть аппрок­симирован различными функциями. Сигнал воспроизведения БВНМ является прерывистым. Для выделения информации в этом случае применим только метод амплитудно­го детектирования.

После усиления линейным усилителем 5 сигнал воспроизведения поступает на симметричный ограничитель 6. Порог срабатывания ог­раничителя показан на рисунке 6.2 . Импульсы с выхода ограничителя 6 поступают на элемент ИЛИ 7. 

Рисунок 6.1- Канал записи-воспроизведения по способу БВНМ

 

Рисунок 6.2  - Способ записи БВНМ

 Фазовая и частотная модуляции

Сигналы записи и воспроизведения, соответствующие способам ФМ и ЧМ, приведены соответственно на рисунках 6.3  и  6.4 .  

При записи фазовой модуляцией «нулям» информации в центре цифровой позиции соответствует перепад тока в направлении от уровня I_в  до уровня I_н ( см. рисунок 6.3 б), а «единицам» информации - перепад тока противоположного направления (изменение фазы на 180°). Для того чтобы обеспечить такое кодирование, на грани­цах цифровой позиции вводится служебный перепад. Этот перепад не формируется при переходе от «единицы» к «нулю» и наоборот.

Рисунок 6.3 - Сигналы в канале МЗВ по способу ФМ

При записи частотной модуляцией ток записи всегда переклю­чается на границе цифровой позиции (рисунок 6.4 ). Кроме того, «единицам» информации соответствует перепад тока в центре цифровой позиции, т.е. при записи «единиц» частота переключения тока увеличивается вдвое. Направление перепада тока в этом способе не имеет значения.

Частотная и фазовая модуляции обеспечивают формирование двухчастотного сигнала записи. Период переключения тока может принимать только два значения: Т и  0,5Т, где Т - период синхросерии.

Спектр сигнала записи содержит постоянную составляющую и имеет максимум на частоте   f = 1/ T, в  окрестности которой сос­редоточена основная мощность сигнала.  Аналоговые сигналы воспроизведения показаны на рисунках 6.3 и  6.4  для  ФМ к ЧМ соответственно.

Рисунок 6.4 -Сигналы в канале МЗВ по способу ЧМ

В отличие от сигналов ВН и БВНМ здесь в пределах массива образуются непрерывные сигналы воспроизведения. Непрерывный сигнал имеет два существенных достоинства.

         Во-первых, он позволяет работать при больших амплитудных коле­баниях, во-вторых, такой сигнал обладает самосинхронизацией.

Формирование сигнала целесообразно выполнять по пикам сигнала, снимаемого с магнитной головки. Детектирование по пикам производится путем дифференцирования сигнала с последующим симметричным ограничением в компараторе с нулевым порогом переключения.

 Дифференцирование обеспечивает получение перехода через нуль в соответствии с пиком импульса. При ограничении в компараторе используется только та часть сигнала, которая расположена в непосредственной близости к нулевой оси (на расстоянии единиц милливольт).

Следовательно, всю информацию, содержащуюся в сигнале, переносят точки пересечения этого сигнала с осью симметрии.

При записи информации по способам ФМ и ЧМ один двоичный
знак переносится целым периодом сигнала. Следовательно, инфор-­
мационная емкость сигнала воспроизведения здесь вдвое меньше
по сравнению с БВНМ.        

 

Модифицированная фазовая модуляция

Популярность этого способа объясняется тем,  чтo он, с од­ной стороны, имеет информационную емкость способа БВНМ (поло­вина периода на один двоичный знак), а с другой - обладает самосинхронизацией.

Временные диаграммы записи и воспроизведения по способу МФМ приведены на рисунке 6.5 .

Сигнал записи формируется по следующему правилу. «Единице» информации всегда соответствует перепад тока записи в начале цифровой позиции, занимаемой этой «единицей». «Нулю» информации соответствует перепад тока в центре цифровой позиции, занимае­мой этим «нулем». «Нуль» не вызывает переключения тока в том случае, если следующий знак записываемой информации - «единица».Таким образом, если на запись непрерывно поступают «единицы» или «нули», то перепады тока следуют на расстоянии 1Т. Переходу от «единиц» к «нулям» и наоборот всегда соответствует интервал между перепадами в 1,5Т.

 

Рисунок 6.5-Сигналы в канале МЗВ по способу MФМ

При кодовой последовательности 101 возникает интервал в 2Т. Этим трем случаям соответствуют мгновенные спектры с максимумами на частотах f_о/2; f_о/3 и f_о/4, где f_о/2- частота, соответствующая непрерывной последовательности одинаковых двоичных знаков. По этой причине способ МФМ называют трехчастотным.

Сигнал воспроизведения изображен на рисунке 6.5 в. Этот сигнал аналогично сигналам ФМ и ЧМ  является непрерывным и обла­дает самосинхронизацией.  К нему полностью применим метод пико­вого детектирования. Сказанное справедливо, если запись ведется с перекрытием. При отсутствии перекрытия сигнал МФМ  аналогичен сигналу БВНМ.

Обработка МФМ сигнала в устройстве воспроизведения состо­ит из типовой последовательности операций: дифференцирование, симметричное ограничение, формирование импульсов по фронтам ограниченного сигнала. Максимально допустимое смещение импульсов информации относительно сигнала синхронизации вследствие фазовых искажений и других причин (окно детектирования) теоретически равно + 0,25Т .

 Способ записи МФМ  обладает основными достоинствами спосо­бов ФМ и ЧМ: непрерывностью сигналов воспроизведения и самосинхронизацией. Допуск на фазовые искажения сигналов у этих трех способов одинаков. В то же время частота сигнала записи МФМ снижена вдвое по сравнению с ФМ и ЧМ. Соответственно ширина спектра сигнала воспроизведения при одинаковой тактовой часто­те информации также уменьшена вдвое. Период сигнала воспроизведения переносит два бита информации. Следовательно, при одинаковой полосе пропускания канала

способ МФМ позволяет получить вдвое большую плотность записи по сравнению с ФМ и ЧМ.

По сравнению с БВНМ способ МФМ имеет один недостаток: вдвое меньшее окно детектирования.

         Лекция №7. Реверберация. Устройства искусственной реверберации

                   

         Нарастание плотности звуковой энергии -e происходит по экспоненциальному закону, зависит от:

 - a коэффициента звукопоглощения

 -отношения S/V (от формы и размеров помещения).

Плотность звуковой энергии растет с увеличением мощности источника звука -Р_а и падает с увеличением общего звукопоглощения .

 

 

 

Рисунок 7.1- Закон нарастания плотности звуковой энергии зависимость 2 –флуктуация

Процесс нарастания e очень быстрый (незаметен на слух).

 

         Процесс спадания звуковой энергии – реверберация  протекает медленно (заметен на слух),играет важную роль в слуховом восприятии.

Поглощение звуковой энергии происходит поверхностями преград и средой.

Потери  в среде обусловлены ее свойствами :

 -вязкостью;

-теплопроводностью ;

-молекулярным поглощением.

 

Поглощение звука в воздухе определяется пробегом звуковой волны:

где l = cзв t; m - коэффициент затухания, равный= обратному значению пути l, где  e-уменьшается в е раз (зависит от температуры, плотности, вязкости,                                                                влажности воздуха и  частоты ).

Рисунок 7.2- Закон спадания (реверберации) плотности звуковой энергии

Рисунок 7.3- Зависимости коэффициента затухания -m звука в воздухе

от относительной влажности

        

         Длительность процесса реверберации при одинаковой акустической мощности источника звука на НЧ и СЧ почти не зависит от звукопоглощения воздушной среды. На ВЧ длительность процесса реверберации уменьшается тем значительнее, чем выше частота.

         Чем больше объем (V) помещения, тем больше средняя длина свободного пробега звуковой волны, тем на более НЧ начинает сказываться поглощение звука в воздушной среде.

 

         С увеличением акустической мощности Р_а   растет и время реверберации Т_р, хотя слуховая оценка почти неизменна. Чтобы Т_р характеризовало только акустические свойства помещения, надо исключить его зависимость от Р_а источника, для этого    вводится понятие  стандартного времени реверберации.

 

         Стандартное временя реверберации- время, в течение которого плотность звуковой энергии уменьшается в 10⁶ раз (60 дБ).

 

         Для небольших помещений и в помещениях большого объема, но частотой сигнала менее 1кГц

 

   ,

 

учитывая тождество ln(1 - a ) = 2,31 lg(1 - a ) ,  можно прийти к формуле Эйринга :

Т_р »  0,071 V /  -S lg (1 - a)

 

         При частоте, превышающей 4кГц,  основная составляющая - звукопоглощение в воздухе, стандартное время реверберации становится мало (почти не влияет на слуховое восприятие).

         Основное требование для речевых студий:- высокая разборчивость речи и сохранение тембральной окраски  голоса  могут быть получены при уровне звукового давления (50 - 80) дБ и Тр <1с.

 

         Так как количество исполнителей  в речевых студиях обычно не более 10 человек,  объем студий мал,  легко получить Тр на СЧ - (0,4 - 0,8) с.

-необходима линейная ЧХ  Тр или допустимый спад НЧ на (10 -20%).

 

 

Рисунок 7.4 - Зависимость времени реверберации от
объема речевой студии для СЧ  (500 - 1000) Гц

 

         Характер музыкальных произведений, количественный и качественный состав ансамблей  разнообразен. Для оптимальных акустических условий при записи/ передаче музыки необходимо несколько специальных студий.

Т_опт. большой студии, не зависит от объема, если V > 2000 м3 и определяется жанром произведения.

 

Оптимальное время реверберации на частоте 1кГц:

 -для современной музыки - 1,48 с.;

- для классической музыки -1,54 с.;

 -для романтической - 2,07 с.

Рисунок 7.5 - Рекомендуемая зависимость оптимального времени               

            реверберации от объема музыкальных студий

 

Рекомендации  для музыкальных студий:

1) Т_опт= (1 -1,6 ) с - для студий малых и средних объемов (менее 2 000 кв.м), выбирается в зависимости от объема.

2) Т_опт =(1,7 - 1,8) с  - для больших студий многоцелевого назначения. В малой степени зависит от объема и определяется жанром произведений.

3) Частотная характеристика оптимального времени реверберации может иметь подъем на НЧ на (20 - 40)% по сравнению с реверберацией на СЧ.

 

  

Рисунок 7.6- Частотная характеристика оптимального времени реверберации для музыкальных студий

для сложных телевизионных постановок (с объемными декорациями, подвижными передающими камерами и микрофонами, освещением )

необходимы большие площади (до сотен кв. м.) и  высотой 10 - 12 м.

 

         Оптимума реверберации нет по причинам:

 1. Меняется количество и характер объемных декораций, что ведет к изменению общего фонда поглощения.

2.  Меняются расстояния между источником звука и слушателем.

 

         Характеристики студии изменяют с помощью  систем искусственной реверберации, которые способны создавать только эффект увеличения времени реверберации. Для обеспечения достаточного диапазона регулировки необходимо время реверберации самой студии  (0,7-0,8) с.  .

         Для исключения попадания в кадр микрофонов  они устанавливаются далеко от источника звука (1,5 - 4 м), что уменьшает уровень сигнала на их  выходе.

         Уровень шума - велик (технический персонал, передвижение передающих камер, осветительные приборы, работа вентиляции и др.).

Для акустической обработки внутренних поверхностей применяются материалы с большим поглощением в широком диапазоне частот.

         Учитывая, что 30 - 40% поверхности - электротехническое, осветительное и вентиляционное оборудование и не может быть обработано, часто ограничиваются практически достижимым мин. Тр = (0,8 - 1,0) с.  .

         При проектировании учитывается поглощение, вносимое декорациями A_д, определяется площадью пола Sд, занятого декорацией. Влияние больших декораций на общее поглощение студий может быть заметным.

 

 

 

Рисунок 7.7 - Зависимость среднего коэффициента звукопоглощения от частоты

 

 

 

 

Таким образом для приемлемых акустических условий в тв-студиях, необходимо:

1.Уменьшение Тр до (0,8 -1,0) с.  вне зависимости от V.

2. Заглушение помещений эффективными звукопоглощающими материалами с коэффициентом поглощения (0,7-0,8 ) при возможно полном использовании стен и потолка.

3. Частотная характеристика времени реверберации близка к линейной.

4. Высокая звукоизоляция помещений.

5. Увеличение Тр (при необходимости) электроакустическими устройствами искусственной реверберации.

 

         Лекция №8. Система домашнего кинотеатра (ДК)

 

 

         Назначение системы: демонстрация фильмов/ видеоматериалов с многоканальным (окружающим) звуком.

        

Минимальная конфигурация любого ДК :

 -один/несколько источников видеосигнала;

 -устройство отображения;

 -декодер многоканального звука с усилителями мощности 

 (часто обе функции  - AV-ресивер);

- комплект АС для воспроизведения звука основных каналов и   

   НЧ-эффектов.

Источник аудиовидеосигнала

 

Рисунок 8.2 -Устройства отображения

AV-процессор

Содержит: -коммутатор –видео/аудиосигналов аналоговых  и  цифровых ; -аудиодекодер (1 или 2 микропроцессора, DSP – Digital Signal Processor)  расшифровывает цифровой поток Dolby Digital, DTS  в многоканальный звук;   - аудиопроцессор;  -баланс уровней громкости каналов;  -получение желаемого времени задержки;                  -частотную  коррекцию;  -придание звуку пространственных эффектов.

Рисунок 8.3- Пример модели                         процессора

 

 

AV-ресивер

Рисунок 8.4- Пример модели                         AV-ресивера

-объединенные AV-процессор и многоканальный усилитель мощности в общем корпусе.   Преимущества:  не надо коммутировать блоки между собой; занимают меньше места.   Недостатки:  ограниченное пространство не позволяет установить высококлассные усилители мощности и аудиоэлектронику с раздельными контурами питания и должной экранировкой аудиоцепей.

массовое распространение получили : 5.1 и 7.1.

 1-я цифра - количество основных акустических систем;

 2-я  цифра- количество каналов сабвуфера.

 

         НЧ канал один, т. к. слух  не локализует  источник звука  с частотой ниже 100 Гц. Разделение НЧ-канала на независимые не имеет смысла.

         Сабвуферов, играющих одну и ту же партию, может быть более 2-х,

в зависимости от объёма/конфигурации помещения и характеристик сабвуферов.

Все акустические системы располагаются на равном удалении от места прослушивания, по линии виртуальной окружности, слушатели - в центре.

Рисунок 8.5- Идеальное расположение громкоговорителей по схеме 5.1
 

Четыре колонки окружающего звучания : -боковые (side surround); -тыловые (rear surround).

Рисунок 8.6- Идеальное расположение громкоговорителей по схеме 7.1
 

Допустимы вариации:

         -Три акустические системы перед слушателями (фронтальные и центральная) могут располагаться в одну линию, а не по «окружности», фронтальные колонки должны образовывать со слушателем равносторонний треугольник.

         -Тыловые ГГ ближе к слушателю( l ³ 1,5 м), чем фронтальные.

         -Если зрительcкие места  расположены вплотную к задней стене,  тыловые колонки   применяются настенные .

         Сабвуфер не показан на схемах, располагается под фронтальными колонками.  Обязательна симметрия размещения колонок.

Если комната (18-25 кв. м), то предпочтительна поперечная схема размещения системы:

 -экран в центре длинной стены;

 -фронтальные АС по бокам;

 -зрители  у противоположной стены, не вплотную к ней.

          Чтобы звукорежиссёр слышал звучание контрольных мониторов без влияния помещения, используются контрольные комнаты студий звукозаписи (помещения без акустической среды).

                   Это достигается минимизацией отражений и максимально полным поглощением НЧ спектра:

         -поверхность стен - сложные по конструкции «сэндвичи» из акустических материалов различной плотности и разного предназначения толщиной (20-60) см.,  маскируются драпировкой (акустически прозрачная ткань).

         -на потолке ловушки для НЧ (листы поглотителей h = 2-3 м, либо панели-сэндвичи)  или за слушателями, т.е. напротив колонок.

       

        Лекция№9.  Компрессия. Измерители уровня

 

         Максимальное влияние  на параметры звука оказывает  динамическая обработка, меняющая относительную среднюю мощность сигнала Р_0.ср ,

P _o.cp= P_c  / P_sin

отношение средней мощности реального сигнала Р_с к мощности sin сигнала номинального уровня - Psin, полученное путем усреднения за интервал времени  (сек., мин., час, сутки и т. д.).

Энергетический выигрыш : D N=10 lg P _0.cp.

         Для изменения динамического диапазона сигнал подвергается компрессии на передающей стороне и экспандированию на приемной.

         При компрессировании сигнала: при изменении t _сраб. = (1 - 5) мс  - Р₀.ср  остается постоянной. На среднюю мощность влияет t _вос. компрессора.

          Чем больше степень сжатия d'_K и чем меньше t_BOC , тем больше энергетический выигрыш D N . При t_BOC® 0  D N численно приближается к степени сжатия. Компрессор с t_BOC = 480 мс увеличивает уровень средней мощности на 3 дБ. Если  t_BOC = 120 мс при степени сжатия 18 дБ, приращение средней мощности снижаетcя на 0,5 дБ.

         Применение компрессоров способствует повышению разборчивости речи. Громкие звуки  модулируют несущую на 100%,  средний коэффициент модуляции  » 20%. Коэффициент модуляции передатчика  определяет мощность боковых полос (полезная излучаемая мощность, определяющая громкость). При неглубокой модуляции помехоустойчивость низкая,

(тихие звуки маскируются помехами, мощность передатчика в среднем используется не полностью).

          Улучшить помехоустойчивость можно, сжимая динамический диапазон (увеличивая уровень слабых звуков до уровня сильных).

 При приеме  возникает повышение средней громкости и разборчивости,

 что эквивалентно включению более мощного передатчика.

         Пример: если средний коэффициент модуляции передатчика увеличить с 0,2 до 0,4 (2р.), то средняя мощность боковых полос возрастет в 4 раза.

 «Умощнение» передатчика происходит за счет улучшения КПД (отношения мощности боковых полос к полной излучаемой мощности) при прежней максимальной мощности.

«Предельная» компрессия

Максимальный эффект от компрессоров: слабые звуки «подтягиваются» до уровня сильных. Амплитудная характеристика компрессора  сходна  с характеристикой ОУ (почти горизонтальная), где  ограничение на 20... 30 дБ ниже  максимальных уровней громких звуков.

     Минимально допустимая разборчивость 60%

- при предельной компрессии  с/ш = 6 дБ;

- при отсутствии компрессии с/ш > 14 дБ.

 

 Таким образом,  выигрыш в помехоустойчивости 8 дБ.

Рисунок 9.1-Зависимость смысловой разборчивости от с/ш  

                      при предельной     компрессии

(1- при предельной компрессии; 2-  без неё)

         Предельная компрессия в радиовещании не применяется. Используется слабое сжатие  » 10 дБ. (средняя глубина модуляции увеличивается » в 2раза. Несколько увеличивается разборчивость (в условиях больших шумов), остается высоким качество звучания. Также применяются фильтры
оптимальной обработки речи.

-срез НЧ (ниже 250 Гц) уменьшает «бубнежку», мешающую разборчивости;   -подъем  СЧ (в области 3... 5 кГц) подчеркивает 2-ю, 3-ю форманты речи, что также повышает разборчивость;   -звучание громче, звонче.

Рисунок 9.2-Частотная характеристика фильтра оптимальной обработки речи.

Рисунок 9.3- Классификация измерителей уровня

Показатели измерителей уровня(ИУ):

-квазипиковый уровень — уровень огибающей амплитудных значений напряжения, измеряемый с погрешностью, определяемой временными характеристиками прибора;

 

-номинальный уровень — уровень напряжения непрерывного sin-сигнала f =1000 Гц на вх. ИУ, при показаниях = 0 дБ (100%).

 

Два типа  квазипиковых ИУ:

I -типа	II-типа
Для оперативного контроля: большой диапазон измеряемых уровней         (-40... +4) дБ,         (-50… +5) дБ,   tв= (1,7+ 0,3)с.	Для эксплуатационного контроля (оценки уровня в точках тракта, где не производится оперативная регулировка уровня). Проще по устройству   ДД (- 20…+3) дБ, tв= (3 + 1)с.

 

Динамические характеристики измерителей уровня :

 

         -время интеграции t_И — длительность одиночного р/импульса ном. уровня с  f _{заполнения} = 5 кГц, при котором указатель ИУ на 2 дБ (80%);

         -время срабатывания t_ср — интервал между подачей непрерывного сигнала f =1000 Гц ном. уровня и моментом, когда указатель на 1 дБ;

         -время возврата t_B — интервал между выкл. сигнала и  моментом, когда указатель на 20 дБ (10%);

         - переброс указателя d — разность между максимальным показанием при скачкообразной подаче непрерывного сигнала и показанием в стационарном  режиме (после успокоения подвижной системы).

 

Погрешности ИУ

         -основная погрешность  вблизи номинального уровня (0 дБ) ±0,3 дБ (±3,5%). С понижением уровня отклонения увеличиваются;

          -дополнительные погрешности при изменении температуры, напряжения ИП, рабочего режима, продолжительности непрерывной работы;

         -точность отсчета при светящихся указателях зависит от  яркости.

Яркость светодиодов 10 ... 40 кд/м². При диаметре светодиода 5 мм пропорциональна силе света 0,5-2 мкд, что достаточно для восприятия без напряжения зрения.

         Частотный диапазон соответствует частотному диапазону тракта.

 На практике  выбирается (31,5... 16000) Гц с неравномерностью не более     (± 0,5 дБ). За пределами частотного диапазона не должно быть подъема АЧХ, рекомендуется  спад АЧХ с крутизной не менее 6 дБ/октаву.

         Входное сопротивление ИУ выбирается так,  чтобы  он  не шунтировал цепь.

   Если R_н = 600 Ом,  то R_{вх. ИУ} > 6 кОм.

   Если R_н =5 кОм (во многих микшерных пультах), то R_вх.=50 кОм.

У большинства современных ИУ R_вх =10 кОм.

 

В  ИУ применяются З вида шкал:

Рисунок 9.4- три вида шкал                       измерителей уровня

-линейная шкала - только ИУ  II-типа.Её недостаток-небольшой диапазон измерений устраняется логарифмической шкалой;      -для логарифмической шкалы используется преобразователь-логарифматор, расширяющий диапазон измерений; недостаток - слишком сжатая область шкалы вблизи О дБ;      -приборы с S-образной шкалой  имеют большой ДД при растянутой области вблизи номинального уровня 0 дБ.

Стереофонический баланс и совместимость определяются по фигурам Лиссажу стереогониометрами

 

Рисунок 9.5- Cтруктурная  схема стереогониометра

 

         Если фигура Лиссажу  на экране стереогониометра соответствует показанному на рисунке а или б, то стереобаланс соблюден.

 

 

         Лекция№10. Способы записи сигналов. Магнитная запись

 

         Существует множество способов записи сигналов, в рамках изучения этой дисциплины мы рассмотрим cледующие: механический, фотографический, магнитный, оптический, магнитооптический.

 

Механическая запись

В лаке на металлическом диске канавка, извилины ее боковых стенок отображают записываемый сигнал. Лаковый диск – оригинал для изготовления  матрицы (металлический диск с обратным рельефом).  Характеристики: -полоса частот (40Гц-15 кГц), при с/ш<60дБ; -Кни< 1..2%;  -диаметр 174, 230,301мм; -скорость вращения диска 33,3 или 45 об/мин; -время звучания 20..25 мин/

 

Рисунок 10.1- Механическая запись

 

 Оптическая запись на CD

-диапазон частот от 20Гц до20 кГц; - с/ш - ≥ 90 дБ; - ДД -  ≥ 90 дБ; - Кни - 0,003 % при max. уровне сигнала (грампластинка-0,3%);  Кдетонации - ниже пределов измерения.

Рисунок 10.2- Оптическая запись на CD

 

Фотографическая запись

Входной сигнал модулирует  ширину светового луча (записывающий элемент). Световой поток  через собирающую линзу-конденсатор  и диафрагму, фокусируясь в объективе, экспонирует фонограмму, через которую световой поток подается на ФЭ.

Рисунок 10.3- Фотографическая запись

 

Магнитная запись

Основана на свойстве ферромагнетиков намагничиваться в слабых магнитных полях и сохранять остаточную намагниченность.

 Магнитное состояние характеризуется:

 B = mm₀H- магнитной индукцией;

 H -          напряженностью внешнего поля;

 m₀=4p10^-7 Гн/м - магнитной постоянной;

 m -  относительной магнитной проницаемостью.

 Магнитный поток через ферромагнитный сердечник     Ф=BxS,

 где S - площадь сечения сердечника .

С ростом напряженности поля площадь петли увеличивается и достигает максимума (предельная петля гистерезиса), остальные петли  частные. Параметры предельной петли гистерезиса определяют пригодность ферромагнетика для различных применений. В зависимости от коэрцитивной силы Hс магнитные материалы делятся на:      магнитомягкие (Hс<10 А/см);      магнитотвердые (Hс>10 А/см).

Рисунок 10.4- Петля гистерезиса

 

Для носителей записи используются магнитотвердые материалы (H_с>200А/см), большое  значение H_{с обеспечивает}  устойчивость записи; большая остаточная намагниченность (Мr) - для высокого с/ш. Для изготовления сердечников магнитных головок используются магнитомягкие материалы с минимальными H_с и B₀ для предотвращения их намагничивания.

 

Степень нелинейности магнитной записи определяется режимом:

 

- без подмагничивания на размагниченный носитель;

- с подмагничиванием постоянным полем;

- с подмагничиванием высокочастотным переменным полем;

- с автоподмагначиванием;

-с динамическим подмагничиванием.

 

Подмагничивание - воздействие на носитель вспомогательного магнитного поля для улучшения  характеристик записи.

 

            Ток высокочастотного подмагничивания подается в головку записи от генератора подмагничивания.Номинальный уровень записи – нормированное значение уровня записи на заданной частоте.

         Волновые потери – это  уменьшение уровня записи с уменьшением длины волны, описываются волновым коэффициентом передачи:

K_з= K_з(2p/l)= K_з(W).

 

С ростом подмагничивающего поля характеристики достигают максимума,  затем их крутизна  уменьшается.

Условия оптимальности различны для НЧ и ВЧ. Ток ВЧП выбирают из условия оптимальности на средних частотах.

 

         Стирание и тиражирование магнитных фонограмм. Возможность стирания и многократного использования МЛ – преимущество магнитной записи.

            Размагничиванием, когда остаточная намагниченность уменьшается до нуля  в спадающем знакопеременном поле и намагничиванием. К недостаткам второго способа можно отнести недостаточный уровень стирания, возрастание  шумов записи.

 

Для качественного стирания требуется несколько сотен циклов (соседние амплитуды размагничивающего поля отличаются на £1%).   Рисунок 10.5 -Стирание знакопеременным полем

Стирание может быть реализовано двумя способами:

-электромагнитом, питаемым переменным полем. Плавно подводится  или убирается, таким образом обеспечивая плавное возрастание /убывание поля;

- стирающей головкой /ГС/, воздействуя на  локальный участок магнитного носителя. Стирающая головка ВЧ-током стирания от генератора стирания/подмагничивания (ГВЧ) с F_c = 50¸100 кГц.

         Тиражирование  магнитных    фонограмм  производится перезаписью либо контактным копированием, в первом случае:

-уровень шума возрастает на 2-4 дБ;

-К_г возрастает  на 0,5-1,0%;

-коэффициет увеличивается в 2 раза;

-требуется высокая идентичность каналов записи-воспроизведения.

Многократная перезапись снижает качество.

Рисунок 10.6- Контактное копирование

При копировании оригинал и лента находятся в плотном контакте и протягиваются с одинаковой скоростью. Геометрия дорожек  обратная по сравнению с оригиналом. Это учитывается при воспроизведении копии на  стандартном аппарате. Недостаток — искажения из-за неплотного контакта.

 

         Лекция №11. Внешние запоминающие устройства. СD, CD-R, CD-RW

 Внешние запоминающие устройства служат для долговременного хранения больших объемов информации. Обмениваться ею непосредственно с процессором они не могут. Все, что накапливается за многолетнюю работу на компьютере (программы, данные, графика, документы и др.), хранится во внешней памяти. При отключении питания компьютера внешняя память, в отличие от оперативной, сохраняет помещенную в нее информацию. Если возникает необходимость ее использования, то на время обработки нужная информация загружается в оперативную память, которая обменивается ею непосредственно с процессором.

Внешняя память по сравнению с оперативной работает на несколько порядков медленнее, так как представляет собой не электронные, а электромеханические устройства. В зависимости от технологии записи, хранения и воспроизведения информации устройства внешней памяти бывают магнитные, оптические и смешанные - магнитно-оптические. По способу доступа к информации устройства внешней памяти делят на устройства прямого доступа, или дисковые, и устройства последовательного доступа, или ленточные. Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и считывание информации) и носителя (устройства хранения информации).

Дисководы для дискет появились сразу же при создании первого персонального компьютера и достаточно долгое время оставались единственным и поэтому стандартным устройством для хранения информации на сменных носителях.Кроме накопителей на гибких магнитных дисках, используются сменные носители. Существуют накопители Zip. Они могут хранить 100 или 250 Мб данных на картриджах, напоминающих дискету формата 3,5", достаточно компактны, а параллельный или USB-порт имеет каждый компьютер, и дисковод можно просто забрать с собой и установить на месте. Жесткий диск предназначен для постоянного хранения программ и данных. Первый носитель, использовавшийся в качестве постоянного накопителя в IBM PC, имел  емкость - 10 Mb. Обозначение одного из дисков той серии (30/30) совпало с обозначением популярной винтовки,  и жесткие диски по традиции называют «винчестерами».На сегодняшний момент емкость дисков превышает 1500 Гб, то есть количественный прогресс в этой области за все время развития магнитных носителей позволил увеличить объем этих носителей в 100000 раз.          

Винчестер представляет собой набор металлических дисков, покрытых магнитным слоем  и соединенных между собой при помощи шпинделя, который вращается непрерывно с высокой постоянной скоростью (7200 об./мин). Накопители на жестких дисках объединяют в одном корпусе носитель, блок головок чтения/записи, а также интерфейсную часть, называемую контроллером жесткого диска. Логически диск состоит из дорожек, секторов и цилиндров. Дорожка - это окружность, вдоль которой ведется чтение/запись. Для того чтобы на дорожке можно было уместить больше данных, она разбивается на сектора. Так как в «винчестере» несколько дисков, то речь идет не о дорожках, а о цилиндрах, то есть совокупности дорожек, одинаково удаленных от центра (или края) диска.

Рисунок 11.1 – Жесткий диск

Вряд ли сейчас можно встретить накопители на магнитной ленте -стримемы, использующиеся в компьютерах в качестве накопителя данных.

Однако это не означает, что стримеры считаются устаревшими устройствами. Просто их назначение несколько другое - стримеры применяются не для хранения, а для архивирования больших объемов информации. Наиболее ценная информация с целью ее долговременного хранения записывается на магнитную пленку. Причем стримеры позволяют записать на небольшую кассету с магнитной лентой огромное количество информации. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации.

Носителем информации является лавсановая лента, длиной более 100 м, на которую нанесено магнитное ферролаковое покрытие. Основным преимуществом стримеров перед библиотеками дисковых накопителей является их самая низкая стоимость на единицу информации среди всех устройств  хранения данных, а также очень большая надежность.          Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации. Стример позволяет освободить место на винчестере  за счет того, что на него переписываются редко используемые программы и данные. В домашних условиях в качестве стримера можно использовать обычный видеомагнитофон, для этого компьютер должен быть укомплектован специальной платой.                                                  Рисунок 11.1- Стриммер

CD, CD-RW, DVD- диски

CD - это односторонний оптический носитель информации, предназначенный только для чтения. Доступ к данным на CD-ROM осуществляется быстрее, чем к данным на дискете, но медленнее, чем на жестком диске. Сам компакт-диск диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм изготовлен из полимера, на одну сторону которого напылен светоотражающий слой алюминия, защищенный от повреждений слоем прозрачного лака. Толщина напыления составляет несколько десятитысячных долей миллиметра.Информация на диске представляется в виде последовательности впадин (углублений в диске) и выступов, расположенных на спиральной дорожке, длина которой около 5 км.          Записывается информация на диск с помощью луча лазера на фирме-изготовителе. Затем с этого первичного "мастер-диска" производится тиражирование всей партии дисков методом литья под давлением. Эти диски нельзя считать полноценными сменными носителями информации, так как они не могут быть использованы ни для сохранения данных, ни для переноса данных с одного компьютера на другой. Единственное их назначение - тиражирование и распространение различных справочников, энциклопедий, обучающих, демонстрационных, игровых и многих других программ. 1 компакт-диск хранит информацию, содержащуюся на 500 дискетах. Для работы с CD нужно подключить к компьютеру накопитель CD-ROM, преобразующий последовательность углублений и выступов на поверхности CD в последовательность двоичных сигналов. Для этого используется считывающая головка с микролазером и светодиодом. Первые устройства считывания оптических дисков обеспечивали скорость считывания 150 Кбайт/сек (аудиодиски считывались именно с этой скоростью). В дальнейшем появились устройства с 2-х, 4-х,... 52 кратной скоростью передачи данных (по отношению к 150 Кбайт/сек). CD просты и удобны в работе, имеют низкую удельную стоимость хранения данных, практически не изнашиваются, не могут быть поражены вирусами, c них невозможно случайно стереть информацию. Появились и другие оптические диски.      Диск CD-R - диск с однократной записью и многократным чтением. Он отличается от CD тем, что информацию на него может записать пользователь. В дисках CD-R отражающий слой выполнен из отражающей пленкой. Между этим слоем и поликарбонатной основой расположен регистрирующий слой из органического материала, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные впадинам. После однократной записи диск становится аналогичным CD– его можно только читать. Диск CD-RW - диск с многократной перезаписью. Он допускает около 1000 циклов перезаписи информации и гарантирует срок ее хранения не менее 10 лет. Для него требуется специальный накопитель, который является универсальным и может обслуживать диски CD и CD-R. Многие мультимедийные интерактивные программы слишком велики, чтобы поместиться на одном CD. На смену им идут цифровые видеодиски DVD . Они, имея те же габариты, что и CD, вмещают больше информации за счет повышения плотности записи и двусторонней записи. Есть еще один способ записи на сменный диск - магнитооптический, который совмещает в себе надежность оптической, дешевизну и простоту магнитной технологий. Первые промышленные образцы магнитооптических дисков, которые появились на рынке в середине 80-х годов. Диски не произвели сначала большого впечатления из-за своей дороговизны и сложности, однако со временем отношение к ним сильно изменилось.Принцип действия магнитооптического диска - при записи лазерный луч нагревает часть поверхности диска, куда должна производиться запись до некоторой точки, называемой физиками "точкой Кюри". В этой точке резко падает магнитная проницаемость вещества, и изменение магнитного состояния его частиц может быть произведено относительно небольшим магнитным полем. Поле переводит все битовые ячейки в одинаковое состояние, при этом стирается вся информация, которая в них хранилась. Затем направление магнитного поля меняется на противоположное, а лазер включается в нужные моменты (то есть когда необходимо изменить ориентацию частиц в битовой ячейке), опять нагревая сплав до точки Кюри. После этой операции сплав охлаждается, и частицы его застывают в новом положении. При чтении используется лазерный луч более низкой мощности (примерно 25% от мощности записывающего луча), отраженный от битовых ячеек свет попадает на светочувствительный элемент, который определяет направление поляризации. В зависимости от этого значения элемент посылает контроллеру дисковода двоичный ноль или двоичную единицу.Дорожки с информацией образуют единую спираль (как в CD/DVD), которая разбивается на секторы. Диски малой емкости созданы по технологии CAV (Constant Angular Velocity), то есть дорожки всегда разбиты на одинаковое количество секторов. Так как внешние дорожки длиннее внутренних, то много места теряется впустую. Для увеличения емкости носителя в современных дисках применяется технология ZCAV (Zoned Constant Angular Velocity), когда поверхность диска разбита на зоны, и в каждой зоне применяется свой угловой размер сектора. Кроме повышения емкости, данный прием также позволяет несколько увеличить скорость чтения/записи.Запись информации в магнитооптических носителях осуществляется на диск из стекла, содержащий магнитный слой из сплава тербия, железа и кобальта. Для надежности диск помещается в пластиковый картридж (как у дискеты). И внешне диск очень похож на обыкновенную трехдюймовую дискету, только он раза в два потолще. Стоят диски довольно недорого, что делает их очень привлекательными для многих пользователей, для которых нужно достаточно емкое, относительно скоростное, простое в обращении и надежное средство хранения или архивирования информации.

 

Лекция №12.  Индустрия DVD. Вlu-Ray Dick, терабайтный диск

 

Основные требования к DVD-Video:

 

-воспроизведение на дисках DVD должно продолжаться без переключения  на протяжении всего фильма (от 2 до 8 часов);

-качество изображения должно соответствовать вещательному стандарту ITU-R601. Высокое качество изображения при сжатии MPEG2. Данные при этом передаются со скоростью до 15 Мб/с. Максимальное качество достигает 720х576 строк с частотой 25(30) кадров в секунду;

 -возможность использования не только аналогового, но и цифрового звука, применение формата Dolby Surround (до 6-ти звуковых каналов: правый и левый передние, правый и левый задние, фронтальный и сабвуфер для низких частот). Воспроизведение, при котором достигается полная иллюзия того, что источник звука передвигается в любом направлении;

 -соотношение сторон кадра 4 : 3 и 16:9 ;

 -фильм необходимо надежно защитить от перезаписи, а также от распространения в регионах, где он еще не разрешен к прокат;

 -формат должен обеспечить выбор одного из нескольких вариантов голосового сопровождения (дублируется на разных языках) и субтитров;

-требуется полная совместимость с телевизорами и звуковыми системами домашнего театра.

Фильм можно просматривать сразу с любого момента. Можно переходить от языка оригинала к переводу. Или же пустить перевод титрами. Существует кодировка от просмотра нежелательных сцен детьми…

 

Примем за эталон четкость  изображения в формате SECAM (625 строк 25 к/сек). Для сравнения  запись на кассете VHS - 250 строк, S-VHS - 400, LD - 350 строк. На DV - до 500 строк, а это самый четкий носитель информации, используемый в домашних условиях. Не меньшее значение для восприятия имеет ширина спектра, которым передается сигнал и количество используемых цветов.

При соотношении сторон экрана 4:3 каждая строка будет содержать 833 столбца. То есть всего в кадре содержится 625х833=520000 точек. При полумегапиксельном качестве изображения (SECAM ) при полной оцифровке для передачи 25 кадров в секунду требуется скорость: 25х3х8х520000=314000000 бит/сек.=40 Мбайт/с, учитывая, что каждая цветная точка формируется тремя лучами RGB.  Каждый из этих компонентов кодируется 8 бит словом. Получается, что час такого видео занял бы 141 Гбайт. Даже для современных компьютерных систем это трудная задача, явно не для домашнего компьютера или тем более для бытовой системы.

ТВ-сигнал кодируется по-другому: передается одна яркостная компонента (она формирует черно-белое изображение) и две цветоразностных (YСrCb). Но при этом скорость передачи не уменьшается. Все равно передаются три компоненты.

Возникла проблема передачи и обработки такого большого потока данных. Цифровая форма записи имеет более четкое изображение, меньше помех и т.д., но при этом «цифра»' занимает гораздо больше места.

 

Способы записи звука на DVD

Звук на дисках DVD не менее высокого качества, чем видео. Всего на видеодиске может быть 8 различных звуковых дорожек . На каждой дорожке может быть как простой монозвук (низкой дискретизации), так и цифровое стерео уровня CD и даже Surround (звук с 6 каналами). Для записи используют форматы MPEG, PCM, Dolby Digital, DTS Digital Surround.

PCM - это цифровой звук, несжатый, как на аудио CD.

MPEG - включает в себя:

- MPEG1 (стерео со скоростью передачи до 384 кбит/с);

- MPEG2 (объемный звук до 912 кбит/с);

Причем Surround звук может проигрываться как обычный стерео на простых системах;

-Dolby Digital - стерео или 5.1 звук (48 кГц до 24 бит);

DTS (Digital Theater Systems) - 5.1-канал качества 20 бит.

Обычно используется Surround звук или звук в формате MPEG2-audio, или Dolby-AC3 (Audio Coding 3). Для воспроизведения звука требуется специальный декодер (в бытовые DVD-плееры он иногда встраивается) и звуковая система из шести колонок и ресивера. При отсутствии такой установки можно воспользоваться обычной стереосистемой. При этом стереозвук лишается пространственных эффектов.

Высокое качество DVD требует значительного места на носителях записи. Внешне DVD диск практически не отличается от CD, но на DVD помещается от 5 Гб - 18 Гб.

Диск состоит из прозрачной подложки, на которую нанесены углубления (питы), отражающего слоя (золото, серебро, платина, алюминий или сплавы) и защитного слоя.

В качестве считывающего устройства используется лазер. Луч лазера проходит через подложку, отражается и возвращается назад почти без потерь, а если попадает в питы, то рассеивается. Из этой модуляции излучения и получаются «1» и «0», составляющие цифровую запись. У DVD тоньше подложка - 0,6 мм (1,2 мм у CD). Для того чтобы уровнять общую толщину диска (для совместимости), у DVD защитный слой толще. Размер пит обуславливается длиной волны лазера: чем она меньше, тем меньшее по диаметру пятно можно сделать.

 В CD-ROM приводах  длина волны 780 нм, а в DVD 650 нм.

 За счет этого у CD-ROM размеры пит 0.8, а расстояние между дорожками 1.6 мкм, а у DVD - 0.4 мкм и 0.74 мкм соответственно. Сейчас анонсированы DVD с голубым лазером (410- 430 нм), что позволяет создать пятно диаметром 0,26 мкм, а шаг дорожки уменьшить до 0.44 мкм.

 Стандарт DVD-RAM для следующего поколения оптических дисков. В них запись/чтение производится голубым (точнее фиолетовым) лазером с длиной волны 405 нм, что позволит на одной стороне диска размещать до 27 Гбайт, а в двухслойном варианте – 50 Гбайт. В таких дисках, которые называются Blu-Ray Disc, расстояние между треками  уменьшено до 0,32 мкм, а минимальный размер пита составляет 0,138 мкм. При этом они позволяют размещать до 13 часов видео стандартного разрешения. Параметры Blu-Ray диска и «обычного» DVD-RW приведены в таблице 12.1 .

 Т    а   б   л   и   ц   а   12.1

 «Голубые» диски используются для записи видеофильмов высокой четкости, так как длительность только на одной стороне может достигать 2 часов.

Существующие форматы записываемых и перезаписываемых DVD:

DVD-RAM;

DVD-RW;

DVD+RW;

DVD-R.

 Они не совместимы между собой. Обычные приводы DVD-ROM не читают ни один этих дисков. Приводы для записи каждого из этих форматов, кроме него самого, читают только DVD-ROM.

В перезаписываемых DVD так же, как и в CD-R/CD-RW, на подложке формируются круговые канавки, в которых находится рабочий слой. Выступы между канавками покрываются отражающим слоем. Под воздействием лазерного луча рабочий слой меняет фазовое состояние и становится непрозрачным, модулируя поток отраженного излучения.

 

DVD-RAM

Первым форумом 1997 г. был выработан стандарт для перезаписываемых дисков DVD-RAM и однократно записываемых DVD-R. При записи диска используется изменение фазового состояния. На одной стороне диска DVD-RAM может находиться 2,3 Гб информации. Такой диск можно держать в специальном защитном картридже. Возможны двусторонние диски (они постоянно находятся в картридже).

 

DVD-R

Формат DVD-R предназначен для однократной записи. Односторонний диск содержит 3,95 Гб, двусторонний - 7,9 Гб. В отличие от DVD-RW рабочий слой создан из органического материала, допускающего только однократное изменение состояния. DVD-R диски могут быть 12 и 8 см диаметром. Для записи - лазер с длиной волны 635 нм.

 

 

DVD-RW

Этот формат несовместим с DVD-RAM и имеет большую плотность записи. На одной стороне располагается до 3 Гб информации. Диски используются без защитных картриджей.

 

DVD-R/W

Емкость диска до 3,95 Гб. Отражающие способности такого диска выше, чем у DVD-R и DVD-RW, поэтому они должны читаться всеми обычными приводами DVD.

 

 

Защита авторских прав

 

Одно из основных требований, выдвинутых к производству DVD-Video, состоит в защите авторских прав. Видео настолько высокого качества нужно защитить от копирования. Для этого cуществует несколько систем аналогового и цифрового шифрования.

 Во-первых, фильм с DVD можно выводить на TV, но нельзя записать на видеомагнитофон. Это осуществлено за счет спецсигналов, которые передаются в невидимой для телевизора зоне экрана. При воспроизведении на экране ТВ они не видны, но при попытке записать на видеомагнитофон или просто подключить магнитофон между DVD-плеером и телевизором на записи (и на экране) появляются помехи. Изображение очень сильно теряет в качестве, становится смазанным.

Цифровая защита.

Нельзя смотреть фильм, скопированный с DVD-диска на жесткий диск. Здесь также срабатывает защита. На диске записан спецкод, который читается только при воспроизведении фильма. Скопировать же на второй DVD в домашних условиях пока технически невозможно.

 

Диски  DVD-ROM

  Запись фильмов - не единственный способ применения DVD-дисков. Благодаря большой емкости на них можно записать информации в 7-30 раз больше, чем на обычный диск DVD. Существуют аудио-DVD-диски. Современные игры, для которых раньше требовалось 5-10 CD-дисков, теперь умещаются на одном DVD. Мультимедиа библиотеки, программные курсы, рекламные презентационные акции и многое другое - спектр применений DVD-дисков.

 Cамоуничтожающиеся диски.

         Технология для защиты цифровых видеодисков (DVD) от повторного использования - специальное покрытие толщиной около полмикрона, благодаря которому диск начинает медленно разрушаться в тот момент, когда его первый раз воспроизводят. Время разрушения в зависимости от толщины покрытия - от нескольких минут до нескольких дней. На самом деле диск не разрушается, а как бы "чернеет", так что лазер DVD-плеера не может его читать повторно.

  

Терабайтный диск

Разработан оптический диск размером с CD или DVD, в котором помещается 1 терабайт данных (или 472 часа высококачественного видео), что на порядки больше не только по сравнению с DVD, но и перспективным диском формата Blu-Ray. Формат назван MODS (Multiplexed Optical Data Storage). Его секрет заключается не только в размерах одного или их плотной упаковке- один пит в MODS кодирует не один бит (1 или 0, как у всех прежних систем записи), а десятки бит, а в том, что каждый пит в новом формате не симметричен. Он содержит небольшую дополнительную впадинку, наклонённую вглубь под одним из 332 углов.

         Создана  аппаратура и специальное программное обеспечение, позволяющее точно идентифицировать тонкие различия в отражении света от таких питов. Эти приводы будут обратно совместимыми с DVD и CD, хотя  нынешние дисководы MODS-диски прочитать не смогут.

                   Лекция №13. Цифровые  видеокамеры. Форматы видеозаписи.

         Экспопараметры: выдержка, диафрагма, усиление определяют яркость и характер передачи движения.

 

При обычной видеосъемке:- выдержка 1/50;

                                              - отключенное усиление (0dB);

                                              - открытая диафрагма.

 

         Шумы изображения - помехи (цветные/серые точки) из-за цифрового усиления при недостаточном освещении.

         Хроматическая аберрация – искажения (ложные цветные контуры).
         Динамический диапазон (ДД) - способность фиксировать яркие и темные участки изображения. ДД измеряется в делениях дифрагмы (f-stops). 

 Пример:  у негативной кинопленки более чем 16000-кратный ДД          

                 яркостей (16 f-stops). В современных бытовых видеокамерах  не превышает 3-4 f-stops.

Форматы

-miniDV -  аналогичен MJPEG - сжатие 5:1, поток  25 Мбит/сек,                разрешение 720x576 (PAL). Удобен  для монтажа.

Недостаток:  для перезаписи на DVD нужен  компьютер/бытовой DVD-рекордер;

-digital8 – аналогичен miniDV, но запись на кассету video8. Некоторые digital8-камеры читают аналоговые записи video8 и Hi8.

Недостаток: большой вес и габариты;  

 -DVD - камеры - видео в MPEG2; 720x576 на DVD-диск. Поток 6-8 Мбит/сек.DVD+-R, DVD-RAM.

Недостаток: неудобен для компьютерного монтажа, может быть несовместим с DVD-плеерами;

-microMV - формат Sony аналогичный DVD с той разницей, что запись ведется на ленту, а не на диски;

-форматы высокого разрешения HD: запись ведет с разрешением 1280x720 или 1440x1080 в формате MPEG2 с высоким потоком. Используются обычные кассеты miniDV. Недостатки: пока остальные устройства (телевизоры, компьютеры, DVD-проигрыватели) в общей своей массе не доросли до этого формата. Но это безусловно будущее как профессиональной так и любительской видеозаписи;

-oсобняком стоят камеры нового поколения, которые записывают видео на минивинчестер microdrive. Эти камеры отличаются компактностью. Исходя из технических характеристик, можно предположить, что качество видео будет не выше чем у DVD-камер.

    Цифровая видеокамера должна иметь AV-выход на "тюльпаны", S-выход (для подключения к телевизору) и цифровой выход для подключения к компьютеру или другой камере IEEE1394 (он также может называться FireWire, i.Link и DV out - это все одно и то же). Многие (но не все) камеры могут работать как цифровой видеомагнитофон. В этом случае IEEE 1394 может служить для записи цифрового видео с компьютера (другой камеры), а через AV-входы и S-video можно записывать сигнал аналогового источника (видеомагнитофон или аналоговая камера). Это свойство можно использовать для преобразования аналогового сигнала в цифровой, что, например, позволяет с использованием камеры переписать  на компьютер VHS-кассету. Достоинства и недостатки у оптического и электронного стабилизатора. Оптический стабилизатор работает по сигналам датчиков колебаний. Электронный стабилизатор компенсирует дрожание основываясь на изменении записываемого изображения.  Если камеру с электронным стабилизатором установить на штатив и снять момент отхода поезда, то в момент начала движения камера попытается "вернуть" поезд на место, решив, что произошел сдвиг. Такой же эффект можно наблюдать, когда мимо камеры близко проходит человек. При начале панорамирования камерой с электронным стабилизатором картинка в начале движения как бы "залипает". Другим ограничением электронного стабилизатора является необходимость использования выдержки 1/100 и короче. Оптический стабилизатор этих недостатков не имеет. Лучшие электронные стабилизаторы по качеству устранения дрожания не уступают оптическим. В профессиональных моделях обычно устанавливают высококачественный черно-белый видоискатель. Такой видоискатель позволяет оператору контролировать композицию кадра, вручную производить точную настройку на резкость. Однако в современных любительских камерах предпочтительнее использовать цветной видоискатель. Причина в том, что недорогие модели оснащаются черно-белым LCD-видоискателем невысокого качества. Видоискатель высокого разрешения позволяет точнее контролировать фокусировку. Для формирования видеоизображения требуется около 400 000 пикселей. В любительских камерах встречаются матрицы с одним, двумя миллионами пикселей и более. Избыточное количество пикселей в этом случае используется для нужд электронного стабилизатора, для электронного зума  и для фоторежима. Нет ничего плохого в том, что телевизионный кадр формируется из большого количества пикселей. Если говорить об одноматричных камерах, то, например, на матрице разрешением 1,33 Мпикс находится 332 тыс. "красных", 332 тыс.  "синих" и 665 тыс. "зеленых" элементов. Увеличение количества пикселей позволяет улучшить цветовое разрешение. Недостаток заключается в том, что размер каждого пикселя при этом становится совсем маленьким, и света достается ему гораздо меньше, чем крупному пикселю. С уменьшением диагонали матрицы размер каждого пикселя также уменьшается. Именно по этой причине бытовые видеокамеры могут неудовлетворительно снимать при недостаточном освещении.   Оптический "зум" позволяет изменять масштаб изображения при помощи перемещения линз внутри объектива. При электронном зуме увеличение масштаба достигается "растягиванием" изображения. Когда на видеокамере написано "500x zoom" - это относится именно к электронному увеличению и принимать всерьез этот параметр нельзя. Видеокамеры, оборудованные матрицей  разрешением более 1 Мпикс могут обеспечить приемлемое качество при электронном увеличении не более 1,5-2 раза. Т.е. если камера оборудована оптическим зум-объективом с кратностью 12x, то максимальное увеличение без заметного ухудшения качества составит не более 18-24x. И в любом случае, после увеличения зума более оптического, качество изображение будет несколько уменьшаться.

    Следует с  осторожностью относиться к объективам с большим зумом. Наши тесты показывают, что  недорогая оптика не в состоянии обеспечить приемлемое качество при больших коэффициентах оптического увеличения. Камеры с зумом 18x при большом увеличении страдают заметной хроматической аберрацией, которая проявляется в виде цветных контуров около контрастных деталей.         Запись изображения в чересстрочном  режиме производится 50 раз в секунду (для стандарта PAL) и записывается на ленту в виде четных и нечетных строк. Это называется "полем", каждый кадр состоит из двух "полей" - с четными нечетными строками.  Прогрессивный или FRAME режим фиксирует движение с частотой 25 кадров в секунду (для стандарта PAL ), условно говоря, кадр при этом записывается целиком. Для подавляющего большинства случаев более предпочтительным является обычный чересстрочный режим. Именно в этом режиме транслируются телевизионные передачи. Недостаток - типично "телевизионная" картинка с подчеркнутой плавностью передачи движения. Если вы захотите сохранить отдельно какой-либо кадр, то может оказаться, что на движущихся предметах камера зафиксировала т.н. "гребенку" - зубчатые края перемещающихся объектов.

Рисунок 13.1 -Эффект "гребенки

Это не дефект, а следствие той самой чересстрочной развертки. Гребенка не видна при просмотре на телевизоре, большинство современных компьютерных плееров также умеют от нее избавляться.      Прогрессивное (FRAME ) видео поддерживается далеко не всеми видеокамерами. Видеокамеры, у которых можно установить выдержку 1/25 сек также могут записывать видео с прогрессивной разверткой. Такое видео больше подойдет для съемки в кинематографическом стиле, для съемки роликов предназначенных для просмотра на компьютере или для последующего использования отдельных кадров видеоряда. Никакой гребенки при этом на кадрах не будет, однако движение на телевизоре  может выглядеть слишком "стробоскопическим».   В большинстве случаев фотоснимки, сделанные камерой, уступают по качеству кадрам цифрового аппарата с таким же разрешением. Многие видеокамеры не позволяют установить экспозиционные параметры, выбрать значение чувствительности, нет возможности просмотра кадров с увеличением и других функций, присущих даже дешевым цифровым «фотомыльницам». Фоторежим - это "бесплатное" дополнение на тот случай, если под рукой не оказалось фотоаппарата.         Современные видеокамеры плохо снимают в условиях недостаточного освещения. Видеоизображение, снятое в сумерках, грешит шумами и блеклой цветопередачей. Встроенные лампы подсветки позволяют высветить пятно посередине кадра на расстоянии не более полутора метров от объектива.

    В отличие от аналоговых видеокамер, "медленная" скорость не приводит к ухудшению качества, разница в том, что сигнал записывается на ленту более плотно. Тем не менее для "домашних съёмок" рекомендуется использование режима SP. Успешное считывание LP гарантируется только на той же камере, кроме того, LP-запись больше подвержена сбоям из-за дефектов ленты. Запись же в режиме SP может быть считана на любой DV-камере в любой момент.

Дополнительные функции видеокамер :

     - Цифровые эффекты, возможность наложения звука - бесполезная функция, каждый пользователь компьютера может сделать их в видеоредакторе несравненно лучше. 
     - Регулировки экспозиции и параметров изображения (контрастность, резкость, и т.д.) - полезны для вдумчивого оператора также, как и для опытного фотографа, который не полагается на автоматику. 

-   Встроенный нейтральный фильтр - очень удобный инструмент, позволяющий ограничить световой поток в яркий солнечный день.
     - Зебра - функция, позволяет видеть в кадре, яркость которых оказалась слишком большой для видеокамеры. Позволяет избежать потери деталей в светлых участках изображения.

         Лекция №14.  Флэш-память 

  Вид энергонезависимой перезаписываемой  полупроводниковой памяти, не требующей дополнительной энергии для хранения данных (только для записи, допускающая изменение (перезапись) хранимых данных. Полупроводниковая (твердотельная), не содержащая механически движущихся частей, построенная на основе интегральных микросхем.

В отличие от других типов полупроводниковой памяти, ячейка флэш-памяти не содержит конденсаторов – типичная ячейка флэш-памяти состоит из одного транзистора особой архитектуры. Ячейка флэш-памяти хорошо масштабируется, что достигается не только уменьшением размеров транзисторов, но и конструктивными решениями, позволяющими в одной ячейке хранить несколько бит информации. Флэш-память происходит от ROM (Read Only Memory) памяти и имеет ограничение по количеству циклов перезаписи (от 10.000 до 1.000.000 для разных типов).    Надёжность/долговечность: информация, записанная на флэш-память, может храниться от 20 до 100 лет  и способна выдерживать механические нагрузки в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жёстких дисков, потребляет в 10-20 и более раз меньше энергии во время работы. В устройствах CD-ROM, жёстких дисках, кассетах и других механических носителях информации большая часть энергии уходит на приведение в движение механики этих устройств. Кроме того, флэш-память компактнее большинства других механических носителей. Используется в качестве накопителя в портативных: цифровых фото- и видеокамерах, сотовых телефонах, диктофонах, компьютерах, MP3-плеерах.                                 Во флэш-памяти стирание содержимого ячеек выполняется либо для всей микросхемы, либо для определённого блока (кластера, кадра, страницы). Обычный размер такого блока 256 или 512 байт, однако в некоторых видах флэш-памяти объём блока может достигать 256КБ. Существуют микросхемы, позволяющие работать с блоками разных размеров. Стирать можно как блок, так и содержимое всей микросхемы сразу. Для того чтобы изменить один байт, сначала в буфер считывается весь блок, где содержится подлежащий изменению байт, стирается содержимое блока, изменяется значение байта в буфере, после чего производится запись измененного в буфере блока. Такая схема снижает скорость записи небольших объёмов данных в произвольные области памяти, но увеличивает быстродействие при последовательной записи данных большими порциями.

         Преимущества флэш-памяти:
         - высокая скорость записи при последовательном доступе за счёт     стирания информации блоками;
         -себестоимость производства флэш-памяти.
Недостаток: медленная запись в произвольные участки памяти.

Ячейки флэш-памяти бывают на одном и  двух транзисторах. В простейшем случае каждая ячейка хранит один бит информации и состоит из одного полевого транзистора со специальной электрически изолированной областью ("плавающим" затвором - floating gate), способной хранить заряд многие годы. Наличие или отсутствие заряда кодирует один бит информации. При записи заряд помещается на плавающий затвор одним из двух способов (зависит от типа ячейки): методом инжекции "горячих" электронов или методом туннелирования электронов.

Рисунок 14.1 - Ячейки флэш-памяти

Стирание содержимого ячейки (снятие заряда с "плавающего" затвора) производится методом туннелирования.

Как правило, наличие заряда на транзисторе -логический "0", а его отсутствие -  "1". Современная флэш-память обычно изготавливается по 0,13- и 0,18-микронному техпроцессу.

Принцип работы ячейки флэш-памяти

Простейшая ячейка флэш-памяти на одном n-p-n транзисторе. Поведение транзистора зависит от количества электронов на "плавающем" затворе. "Плавающий" затвор хранит запрограммированное значение.

Помещение заряда на "плавающий" затвор в такой ячейке производится методом инжекции "горячих" электронов, а снятие заряда осуществляется методом квантомеханического туннелирования Фаулера-Нордхейма.

При чтении, в отсутствие заряда на "плавающем" затворе, под воздействием положительного поля на управляющем затворе образуется

n-канал в подложке между истоком и стоком  и возникает ток.

         Наличие заряда на "плавающем" затворе меняет ВАХ транзистора т.о., что при обычном для чтения напряжении канал не появляется, и ток между истоком и стоком не возникает.

         При программировании на сток на управляющий затвор подаётся высокое напряжение (причём на управляющий затвор напряжение подаётся в 2 раза выше). "Горячие" электроны из канала инжектируются на плавающий затвор и изменяют ВАХ транзистора.

 

Рисунок 14.2- Ячейка флэш-памяти при чтении

 

Такие электроны называют "горячими"  за высокую энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера, создаваемого тонкой плёнкой диэлектрика.

Рисунок 14.3- Ячейка флэш-памяти при программировании

 

При стирании высокое напряжение подаётся на исток. На управляющий затвор (опционально) подаётся высокое отрицательное напряжение. Электроны туннелируют на исток.

Эффект туннелирования  использует волновые свойства электрона, преодолевающего потенциальный барьер малой "толщины". В структуре, состоящей из двух проводящих областей, разделенных тонким слоем диэлектрика (обеднённая область), электрон не может преодолеть этот слой (не хватает энергии). Но при создании определённых условий (напряжение и т.п.) электрон проскакивает диэлектрик (туннелирует), создавая ток.

 Другие виды ячеек

Кроме наиболее часто встречающихся ячеек с "плавающим" затвором, существуют ячейки на основе транзисторов, которые не содержат плавающего затвора. В таких транзисторах функцию "плавающего" затвора и окружающего его изолятора выполняет композитный диэлектрик.

 SONOS-транзистор (Semiconductor Oxide Nitride Oxide Semiconductor) как полупроводник-диэлектрик-нитрид-диэлектрик-полупроводник.

Технология хранения двух и более бит в одной ячейке называется MLC (multilevel cell - многоуровневая ячейка). Известно об успешных тестах прототипов, хранящих 4 бита в одной ячейке.

В технологии MLC используется аналоговая природа ячейки памяти. Как известно, обычная однобитная ячейка памяти может принимать два состояния - "0" или "1". Во флэш-памяти эти два состояния различаются по величине заряда, помещённого на "плавающий" затвор транзистора. В отличие от "обычной" флэш-памяти, MLC различает более 2-х величин зарядов, помещённых на "плавающий" затвор, и большее число состояний.          Во время записи на "плавающий" затвор помещается количество заряда, соответствующее необходимому состоянию. От величины заряда на "плавающем" затворе зависит пороговое напряжение транзистора, которое можно измерить при чтении и определить по нему записанное состояние  и записанную последовательность бит.

Основные преимущества MLC микросхем:

-более низкое соотношение цена/объем записываемых данных [МБ];                -при равном размере микросхем и одинаковом техпроцессе "обычной" и MLC-памяти  последняя способна хранить больше информации (размер ячейки тот же, а количество хранимых в ней бит  больше);                                    -на основе MLC создаются микросхемы большего, чем на однобитных ячеек, объема основе.

Основные недостатки MLC:

     -снижение надёжности  по сравнению с однобитными ячейками и соответственно необходимость встраивать более сложный механизм коррекции ошибок (чем больше бит на ячейку, тем сложнее механизм коррекции ошибок);

     -быстродействие микросхем на основе MLC зачастую ниже, чем у микросхем на основе однобитных ячеек;

     - размер MLC- ячейки такой же, как и у однобитной,  но дополнительно тратится место на  схемы чтения/записи многоуровневых ячеек.

 

 

Рисунок 14.4

Лекция №15. Системы безопасности и контроля доступа

Рисунок 15.1- "Супер Ухо Плюс"	Микрофон направленного действия  "Супер Ухо Плюс" + звуковой усилитель. Собирает звуки на расстоянии до 30 м. Для усиления и вращается на 90 градусов.
Рисунок 15.2- "Супер Ухо 50"	«Супер Ухо 50» усиливает звук до 50 дБ. Собирает звуки для усиления на расстоянии до 50 метров.

 

Устройство подавления сотового телефона  ” Аллигатор”.

Используется для блокирования работы подслушивающих устройств, использующих каналы систем мобильной связи GSM-900/1800 и блокирования работы телефонов в пределах выделенных помещений.

 

Рисунок 15.3- Устройство подавления сотового телефона ”Аллигатор”

Технические характеристики:

 - дальность подавления сотового телефона стандарта GSM 900/1800 МГц - до 15 м. (рабочая зона 30 м. в диаметре);
- ручная регулировка мощности на канал;
- время работы прибора неограниченo;
- питание от сети 220;.
- мощность излучения - 100 мВт/на канал ;
- ширина полосы - 100 МГц;
- количество каналов - 2 (GSM-900/1800).
 

Блокиратор работы сотовых телефонов “ Скорпион-интеллект»

 

Рисунок 15.4 -“ Скорпион-интеллект»

Не давит телефоны постоянно- выдает импульс только в момент попытки соединения БС и мобильного терминала, что приводит к  потере сети на 0,5-1 секунды. Его радиус действия (зависит от расстояния до ближайшей базовой станции ) - до 8 м

питание- аккумуляторная батарея типа АА. (8 шт. х 1,2 вольт).        Мощность излучения на канал - 200 мВт
шрина полосы - 50 МГц
количество каналов - 2 (GSM-900/1800)
время непрерывной эксплуатации - до 3 ч.

«Antibug Profi”

Рисунок 15.5-«Antibug Profi”

Предназначен для обнаружения и определения   местоположения беспроводных  устройств передачи радиосигнала.         Имеет:  -внешнюю антенну;  -сегментный индикатор уровня сигнала;  -плавную регулировку чувствительности.

Модель:                                        Аntibug Profi.         

Питание:                                         9В (крона).

Рабочий диапазон:              50 МГц - 3 ГГц .

Габариты:                                    138х75х22 мм.        

Вес:                                                       280 грамм.     

Рисунок 15.6

Рисунок 15.7- “Antibug+”

Работает по принципу сканирования радио эфира.  Имеется 4 степени индикации:  3 световых, 1 звуковая. На расстоянии 10-25 см. издает звуковой сигнал.

 

 

 

Технические характеристики:

Питание:                                             2 х cr2032.

Рабочий диапазон:                        10 МГц - 3 ГГц.   

Стилизован:                                      под брелок.       

Размер:                              диаметр 60 мм, толщина 15 мм.

Предназначен: для широкого круга пользователей. 

Рисунок 15.8 - Аntibug business

Автоматически настраиваемая чувствительность позволяет сканировать на различных расстояниях и разных каналах. Техническое и схемное решение устраняет помехи и значительно снижает число ложных срабатываний. Модель: Аntibug business                     Питание: батареи cr 2032, 2 шт.           Рабочий диапазон: 50МГц - 3 ГГц      Стилизован под зажигалку                 Размер:138х75х22 мм.                          Предназначен  для мгновенной оценки ситуации и принятия решения: продолжать переговоры или перенести на другое время, в другое место. Вес:28 грамм

 

Список литературы

1. 1.Бытовые акустические системы. В.К. Иофе,  М.В. Лизунков.- М.: Горячая линия –  Телеком, 2002.

2.  Радиовещание и электроакустика /Под. ред. М.В. Гитлица -М.: Радио и связь, 1989.

3.http://www.ak-cent.ru">АК-Цент Микросистемс</a>. Наконечный Андриан, e-mаil: andrew@ak-cent.ru

4.С.В. Левый, В.Г. Вишневский, Ю.С. Агалидин, С.В. Дубинко. Магнитооптические средства технической защиты информации.

   5. Магнитная запись сигналов / М.В. Гитлиц  - М.: Радио и связь,1990.