Fyziologický regulátor hlasitosti

Napsal uživatel Federmann Pondělí, 26 prosinec 2011 18:28

Úvod

K regulaci barvy tónu nám většinou slouží tónový korektor, dostatečně popsaný v článcích Tónový korektor Baxandall vs. Federmann, Tónový korektor Baxandall vs. Federmann podruhé a Tónový korektor Baxandall vs. Federmann potřetí.

Velmi často se rovněž setkáváme s fyziologickým regulátorem hlasitosti, ale jen výjimečně jde o správné řešení, neboť téměř ve všech novodobých zapojeních jde jen o jakousi snahu se odlišit či zvýraznit, bez jakékoliv znalosti problematiky.

Podstata a princip

Samotná podstata fyziologického regulátoru hlasitosti tkví ve vlastnostech lidského slyšení, které je silně nelineární, je závislé jak od slyšené frekvence, tak od hlasitosti.

Abychom mohli o fyziologickém regulátoru hlasitosti začít alespoň uvažovat, musíme vyjít ze znalosti akustického tlaku při kterém byla nahrávka pořízena a ze znalosti akustického tlaku při které bude či je poslouchána.

Vlastnosti lidského slyšení

Podíváme-li se na charakteristiky znázorňující vlastnosti lidského slyšení, pak můžeme sestavit graf stejných hlasitostí, kdy hlasitost 90fónů odpovídá akustickému tlaku 90dB, graf odchylek citlivosti lidského sluchu od nominální hlasitosti 90fónů a jako poslední, třetí graf je graf nutných korekcí.

 V článku Zvuk, Věřte nevěřte Wikipedii se můžete mimo podstatu vnímání infra a ultrazvuku dočíst:

"Energie a intenzity zvuku

Stejně jak jsem se na problematiku podíval z hlediska vlnění, se můžeme podívat na problematiku z hlediska energie. Zvuk, elektromagnetické vlny, světlo, rentgenové či γ_záření jsou druhy vlnění, které jsou vyvolány energii a jsou jejími nositeli. Jinými slovy ke vzniku vlnění je zapotřebí mechanické energie, kterou poté samy vlny nesou. Poněvadž stále platí zákon zachování energie, zánik vlnění nastává odevzdáním mechanické energie, případně přeměnou na energii jinou.

Práh slyšitelnosti

Práh slyšitelnosti či slyšení je nejnižší hladina, kterou začíná člověk slyšet, je jim hladina akustického tlaku 0dB, což odpovídá intenzitě zvuku 10^-12Wm^-2, čemuž odpovídá akustický tlak 2*10^-5Pa.

Práh bolesti

Práh bolesti je již taková hladina zvuku, která vyvolává bolest, je jim hladina akustického tlaku 130dB, což odpovídá intenzitě zvuku 10Wm^-2, čemuž odpovídá akustický tlak cca 63Pa, vyšší intenzity akustického tlaku již mohou poškodit sluch, případně i další orgány.

Počítání s intenzitou a akustickým tlakem

• ·         Pro přepočet intenzity zvuku můžeme použít I=10log(I₁/I₀). Prahu slyšitelnosti I₀ odpovídá intenzita zvuku 10^-12Wm^-2
• ·         Pro přepočet akustického tlaku můžeme použít X=20log(P₁/P₀). Prahu slyšitelnosti P₀ odpovídá akustický tlak 2*10^-5Pa." 

Podmínky pro použití

Podívejme se tedy na konkrétní podmínky možnosti použití fyziologického regulátoru hlasitosti. 

Nahrávací úrovně

Nejdříve se podívejme na slušné nahrávací úrovně, které běžně byly v 70. letech u nahrávek na Vinylové desky. Nominální, střední úroveň akustického tlaku se pohybovala na hranici 90dB, tedy hlasitost 90fónů.

Většina vinylových desek je nahraná s dynamickým rozsahem 26dB nad střední úroveň, tedy akustické špičky se běžně pohybují na úrovni 116dB. 

Úrovně při reprodukci

Abychom se mihli co nejvíce přiblížit původnímu, nahrávanému zvuku, musí být úrovně při reprodukci totožné s úrovněmi při záznamu.

Střední úroveň akustického tlaku nastavíme na hranici 90dB, tedy hlasitost 90fónů, elektroakustický řetězec musí být schopen s dynamického rozsahu +26dB nad střední úroveň hlasitosti, tedy zvládá akustické špičky na úrovni 116dB! 

Výkonové poměry

Podívejme se jaké budou panovat výkonové poměry. Máme rovnostranný trojúhelník o straně 1,4m, kde ve dvou rozích máme reproduktorové soustavy a ve třetím, zbývajícím rohu je posluchač.Reproduktorové soustavy mají citlivost 90dB a vytvoří při výkonu 2x1W akustický tlak v místě posluchače 90dB.

Pro zvládnutí dynamického rozsahu +26dB nad střední úroveň výkonu 2x1W, potřebujeme zesilovač, který disponuje minimálním hudebním či špičkovým výkonem minimálně 2x400W! Například dva Moduly zesilovače HQQF-55-506W-5-1.

Pro přehlednost ještě tabulka zobrazující potřebné střední a hudební výkony při poslechové vzdálenosti 1,4m, 2m a 2,8m od reproduktorových soustav, při základní citlivosti reproduktorových soustav 90dB a dynamice nahrávky 20dB a 26dB.  

Je nutno připomenout, že takto pořízená nahrávka začíná být slyšitelná od akustického tlaku 0dB a slyšitelný rozsah pod střední úrovní 90dB je celých 90dB, při nižší úrovni hlasitosti se část akustického výkonu dostává pod práh slyšitelnosti a posluchač ji nemůže slyšet!

Kontrola úrovně

Nezbytnou podmínkou pro správné nastavení úrovně je taková síla signálu, která vytvoří střední akustický tlak 90dB, tato úroveň musí být v kanále nastavena a měřena V-U metrem. Při regulátoru hlasitosti na maximum platí výkonové poměry popsané výše, střední akustický tlak v místě posluchače je při středním dodávaném výkonu 2x1W 90dB a akustické špičky dosahují 116dB, hudební výkon právě dosahuje 2x400W, přenosová charakteristika regulátoru hlasitosti je rovná! 

Použití fyziologického regulátoru hlasitosti

Za takto nastavených podmínek je teprve možné použít správně fyziologický regulátor hlasitosti, který při snížení hlasitosti upraví charakteristiku co nejblíže korekční křivce, která je na třetím obrázku. 

Závěr

Jak jsem již uvedl v úvodu: "Velmi často se rovněž setkáváme s fyziologickým regulátorem hlasitosti, ale jen výjimečně jde o správné řešení, neboť téměř ve všech novodobých zapojeních jde jen o jakousi snahu se odlišit či zvýraznit, bez jakékoliv znalosti problematiky."

• Většina zapojení nedisponuje potřebným výkonem, aby mohla být fyziologická regulace hlasitosti vůbec použita!
• Téměř žádné zapojení nedisponuje nastavením a měřením úrovně signálu před regulátorem hlasitosti, jak je možné vidět například u Hi-Fi předzesilovače HQQF-55-506K.

Většina regulátorů pak neslouží svému účelu, ale jen zcela nesmyslně upravuje charakteristiku, bez ohledu na vlastnosti lidského sluch a zvuk musí být současně dokorigováván tónovým korektorem.

Diskuse