КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (МИНЦИФРЫ РОССИИ) ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ИМ. ПРОФ. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА» (СПБГУТ) Кафедра телевидения и метрологии Дисциплина «Звуковое вещание» ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА DDR ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА ЦИФРОВОГО ТРАКТА ФОРМИРОВАНИЯ ЗВУКОВЫХ СИГНАЛОВ Выполнил: Гр. РЦТ-12 Туроватов Р.А. Проверил: Свиньина О. А. Санкт-Петербург 2024 2.1 Расчёт параметров испытательных сигналов Вариант: m=1+[(A*B*C) mod 100] = 1 + [(27*12*2002) mod 100] = 49 Частота синусоидальных испытательных сигналов: F = 700 + 5 * m=945 Таблица 1 Зависимость динамического диапазона цифрового тракта от уровня сигнала Параметр A (0-1) 𝑵𝟏 , dBFS 𝑵𝑵𝑭, dBFS 𝑫𝑹𝑵𝑭 , дБ DR, дБ Уровень испытательного сигнала 𝑵𝑭𝑺, dBFS -90 -84 -78 -72 -66 -60 -54 -48 -42 -36 -30 -24 3,16 12,59 25,11 50,11 6,31* * * * * 0,001 0,002 0,004 0,008 0,016 0,032 0,063 −5 −5 10 −5 −5 −5 10 10 10 10 16 бит/отсчёт (с фиксированной точкой) -18 -12 -6 0 0,13 0,25 0,5 1 -90,63 -84,74 -78,72 -72,74 -66,73 -60,73 -54,71 -48,69 -42,67 -36,65 -30,63 -24,75 -18,45 -6,75 -6,75 -0,73 -124,1 124,14 124,12 124,15 124,12 124,14 124,13 124,11 124,09 124,06 123,89 123,77 123,48 122,75 122,75 -120,91 124,1 124,14 124,12 124,15 124,12 124,14 124,13 124,11 124,09 124,06 123,89 123,77 123,48 122,75 122,75 120,91 90,99 91,03 91 91,01 91,01 91,02 91,014 90,99 90,97 90,95 90,78 90,65 90,37 89,64 89,64 87,8 24 бит/отсчёт (с фиксированной точкой) 𝑵𝟏 , dBFS 𝑵𝑵𝑭, dBFS 𝑫𝑹𝑵𝑭 , дБ DR, дБ -90,63 -84,75 -78,72 -72,74 -66,74 -60,73 -54,71 -48,69 -42,67 -36,65 -30,63 -24,74 -18,45 -12,77 -6,75 -0,73 -172,2 172,16 -172 171,84 171,55 171,26 170,83 170,35 169,64 168,76 -167,7 166,57 165,15 163,62 161,41 -158,35 172,2 172,16 172 171,84 171,55 171,26 170,83 170,35 169,64 168,76 167,7 166,57 165,15 163,62 161,41 158,35 139,1 139,05 138,88 138,73 138,43 138,14 137,72 137,23 136,52 135,64 134,59 133,45 132,04 130,5 128,3 125,24 -24,75 -18,45 -12,77 -6,75 -0,73 32 бит/отсчёт (с плавающей точкой) 𝑵𝟏 , dBFS -90,63 -84,74 -78,72 -72,74 -66,73 -60,73 -54,71 -48,69 -42,67 -36,65 -30,63 Продолжение таблицы 1 Параметр 𝑵𝑵𝑭, dBFS 𝑫𝑹𝑵𝑭 , дБ DR, дБ -90 254,9 1 254,9 1 221,8 -84 -78 -72 Уровень испытательного сигнала 𝑵𝑭𝑺, dBFS -66 -60 -54 -48 -42 -36 -30 -24 249,11 243,10 237,07 231,15 225,15 219,14 213,12 207,11 -201,1 195,09 189,26 182,91 177,36 171,35 -165,34 249,11 243,1 237,07 231,15 225,15 219,14 213,12 207,11 201,1 195,09 189,26 182,91 177,36 171,35 165,34 216 209,99 203,95 198,04 192,03 186,02 180,01 174 167,99 161,98 156,15 149,8 144,25 138,24 132,22 -18 -12 -6 0 Графики спектров испытательных сигналов Рис. 1 График спектра испытательного сигнала формата ИКМ с разным разрешением квантования для 0 dBFS Рис. 2 График спектра испытательного сигнала формата ИКМ с разным разрешением квантования для -6 dBFS Рис. 3 График спектра испытательного сигнала формата ИКМ с разным разрешением квантования для -12 dBFS Рис. 4 График спектра испытательного сигнала формата ИКМ с разным разрешением квантования для -18 dBFS Рис. 5 График спектра испытательного сигнала формата ИКМ с разным разрешением квантования для -24 dBFS Рис. 6 График спектра испытательного сигнала формата ИКМ с разным разрешением квантования для -30 dBFS Рис. 7 График спектра испытательного сигнала формата ИКМ с разным разрешением квантования для -36 dBFS Рис. 8 График спектра испытательного сигнала формата ИКМ с разным разрешением квантования для -42 dBFS Рис. 9 График спектра испытательного сигнала формата ИКМ с разным разрешением квантования для -48 dBFS Рис. 10 График спектра испытательного сигнала формата ИКМ с разным разрешением квантования для -54 dBFS Рис. 11 График спектра испытательного сигнала формата ИКМ с разным разрешением квантования для -60 dBFS Рис. 12 График спектра испытательного сигнала формата ИКМ с разным разрешением квантования для -66 dBFS Рис. 13 График спектра испытательного сигнала формата ИКМ с разным разрешением квантования для -72 dBFS Рис. 14 График спектра испытательного сигнала формата ИКМ с разным разрешением квантования для -78 dBFS Рис. 15 График спектра испытательного сигнала формата ИКМ с разным разрешением квантования для -84 dBFS Рис. 16 График спектра испытательного сигнала формата ИКМ с разным разрешением квантования для -90 dBFS Исследование зависимости величины динамического диапазона цифрового тракта от уровня сигнала Рис. 17 Зависимость величины динамического диапазона от уровня испытательного сигнала формата ИКМ с разрешением квантования 16 бит/отсчет Рис. 18 Зависимость величины динамического диапазона от уровня испытательного сигнала формата ИКМ с разрешением квантования 24 бит/отсчет Рис. 19 Зависимость величины динамического диапазона от уровня испытательного сигнала формата ИКМ с разрешением квантования 32 бит/отсчет Исследование зависимости величины динамического диапазона цифрового тракта от разрядности квантования Таблица 2 Зависимость динамического диапазона цифрового тракта от разрядности квантования Параметр Арифметика Динамический диапазон DRтеор, дБ Динамический диапазон DR, дБ Разрядность квантования, бит/отсчет 16 24 32 32 С плавающей С фиксированной точкой точкой 98,08 146,24 194,4 - 90,55 135,22 - 177,03 Анализ результатов исследования 1. Да, динамический диапазон цифрового тракта зависит от обоих факторов: а) Разрядность квантования: чем больше бит используется для квантования, тем больше уровней сигнала можно представить, что ведет к большему динамическому диапазону. б) Уровень испытательного сигнала: если уровень сигнала слишком низкий, он может быть замаскирован шумом, что уменьшает динамический диапазон. Если уровень сигнала слишком высокий, он может вызвать искажение, что также уменьшает динамический диапазон. 2. Человеческое ухо может воспринимать звуки в диапазоне от 0 дБ (порог слышимости) до 120 дБ (порог боли). Это соответствует динамическому диапазону примерно 120 дБ. Каждый дополнительный бит в разрядности квантования увеличивает динамический диапазон на примерно 6 дБ. Таким образом, 16-битное квантование может предоставить динамический диапазон примерно 96 дБ (16 бит * 6 дБ/бит), что недостаточно для описания всего диапазона, которые человек различает на слух. 24-битное квантование может предоставить динамический диапазон примерно 144 дБ (24 бит * 6 дБ/бит), что больше, чем требуется для описания всего диапазона, который человек различает на слух. Таким образом, 24битное квантование является достаточным для этой цели. 32-битное квантование, конечно, предоставит еще больший динамический диапазон, но это может быть избыточно для большинства задач. 3. Для стереофонического радиовещания достаточно 16-битного квантования. Это обеспечивает динамический диапазон около 96 дБ, что превышает диапазон большинства радиопередач. 4. 16-битное квантование является достаточным для обеспечения незаметности шумов квантования на слух в большинстве случаев. Это связано с тем, что динамический диапазон 16-битного аудио (около 96 дБ) превышает динамический диапазон, который человеческое ухо может воспринять без ущерба для слуха. 5. Экспериментально полученные значения динамического диапазона цифрового тракта не соответствует теоретически ожидаемым значениям. В случае с 16 бит/отсчёт полученное значение оказалось на 8.32% меньше теоретического. В случае с 24 бит/отсчёт полученное значение оказалось на 8.15% меньше теоретического. В случае с 24 бит/отсчёт полученное значение оказалось на 9.81% больше теоретического. 6. Возможное различие между теоретическими и экспериментально полученными значениями динамического диапазона для одной и той же разрядности цифрового сигнала может быть обусловлено присутствием некоторых шумов и искажений, которые могут уменьшить динамический диапазон.
