Динамический диапазон (техника) — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 9 января 2016; проверки требует 1 правка. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 9 января 2016; проверки требует 1 правка. У этого термина существуют и другие значения, см. Диапазон.

Динами́ческий диапазо́н — характеристика устройства или системы, предназначенной для преобразования, передачи или хранения некой величины (мощности, силы, напряжения, звукового давления и т. д.), представляющая логарифм отношения максимального и минимального возможных значений величины входного параметра устройства (системы). Минимальное значение обычно определяется уровнем собственных шумов или внешних помех в устройстве, а максимальное — перегрузочной способностью устройства. Понятие динамический диапазон используется не только в технике, но и в психофизиологии, например, динамический диапазон слышимости человека. В отдельных случаях понятие «динамический диапазон» используется и для выходного параметра (для акустических устройств).

• Динамический диапазон радиоприёмника (тракта в целом, функционального узла тракта) — логарифм отношения уровня сигнала на входе радиоприёмника, определенного по одному из критериев, к чувствительности радиоприёмника. По методике определения (по критерию) различают односигнальный динамический диапазон (динамический диапазон по компрессии) и двухсигнальный динамический диапазон (динамический диапазон по блокированию, динамический диапазон по интермодуляции).
• Динамический диапазон усилителя — логарифм отношения максимальной амплитуды входного сигнала электронного усилителя, при которой искажения сигнала достигают предельно допустимого значения, к чувствительности усилителя.
• Динамический диапазон канала связи — логарифм отношения максимальной мощности сигналов, пропускаемых каналом, к минимальной.
• Динамический диапазон сканера — показатель технических возможностей сканеров, характеризующий интервал оптических плотностей, который воспринимается сканером
• Динамический диапазон (фотография) — способность матрицы или плёнки (фотографическая широта) передавать яркость объектов реальной сцены.
  • Динамический диапазон фотоматериала, Фотографическая широта  — характеристика светочувствительного материала (фотоплёнки, передающей телевизионной трубки, матрицы), а также фотографического процесса в целом в фотографии, телевидении и кино.

• Горохов П. К. Толковый словарь по радиоэлектронике. Основные термины — М.: Рус. яз., 1993
• ГОСТ 24375-80 Радиосвязь. Термины и определения

Не полноценная информация,требует обновления.

Динамический диапазон приемника — это диапазон амплитуд входного сигнала, при которых обеспечивается требуемое качество воспроизведения принятого сообщения. Нижняя граница динами­ческого диапазона определяется чувствительностью приемника, ве­рхняя — допустимыми искажениями сигнала. Качество воспроиз­ведения принятого сообщения определяется линейными и нелиней­ными искажениями в каскадах приемника, допустимые значения которых зависят от назначения РПУ. Так, для вещательных и ра­диотелефонных АМ-приемников определяющими являются часто­тные и нелинейные искажения огибающей высокочастотного сиг­нала, а для телевизионных и радиолокационных — фазовые искаже­ния. Частотные искажения в АМ-приемниках обычно оценивают по кривой верности, представляющей зависимость напряжения на вы­ходе приемника (или звукового давления вблизи акустического из­лучателя) от частоты модуляции сигнала.

Что такое динамический диапазон, и какие бывают его разновидности

Односигнальный динамический диапазон по блокированию, Динамический

диапазон по перекрёстным помехам, Динамический диапазон по интермоду-
ляции.

В широком понимании радиотехнической мысли динамический диапазон — это характеристика устройства, выполняющего функцию передачи или преобразованию сигнала, представляющая собой отношение максимального и минимального возможных величин входного сигнала и выраженное в децибельной (логарифмической) единице измерения.

Другими словами — динамический диапазон определяет способность устройства: с одной стороны видеть на выходе обработанный слабый (наименьший) входной сигнал, с другой — обрабатывать сигналы большого уровня с заданным уровнем искажений на выходе.

Нижнюю границу входного сигнала, как правило, определяет чувствительность устройства (не путать с чувствительностью усилителя, при которой достигается номинальная мощность), которая указывает на способность объекта реагировать определённым образом на определённое малое воздействие.
Верхнюю — параметр, называемый точкой децибельной компрессии и равный такой мощности сигнала на входе, при котором отличие изменения уровня мощности на выходе от асимптотической линейной характеристики составляет величину — 1 dB.

А поскольку в последнюю фразу без пол-литра не въедешь, приведу рисунок.

Рис.1

На Рис.1 красным цветом изображена идеальная линейная (асимптотическая) кривая.
Синим — реальная выходная характеристика нашего устройства.
В качестве входных и выходных значений — величины мощностей, соответственно, на входе и выходе.

Пока обе линии располагаются в непосредственной близости друг от друга — всё хорошо, устройство находится в линейном режиме. Как только расхождение выходного параметра от идеальной кривой достигает 1дБ (в нашем случае соответствует уровню входного сигнала -10дБ) — всё расчёт окончен, точка децибельной компрессии найдена.

Формула, описывающая односигнальный динамический диапазон устройства, предельно проста:

D = P_1дб — P_{вх мин} (дб), где P_1дб — точка децибельной компрессии, P_{вх мин} — чувствительность устройства, выраженная в дБ.
Т.е. в случае, приведённом на графике: D = -10_дб — (-120_дб) — 110дБ .

Наблюдая показания приборов при нахождении точки компрессии, не всегда удобно оперировать понятиями мощности сигнала, да переводить всё это хозяйство в децибелы — тоже. Поэтому для упрощения задачи напишу — отклонение уровня на 1дБ — это в 1,12 раз по напряжению и в 1,26 раз по мощности

.

Ну и, конечно же, формула для определения динамического диапазона при подстановке абсолютных значений сигналов:

И ещё раз:
U_{вх макс} и Р_{вх макс} — это входные значения, соответствующие точке децибельной компрессии,
U_{вх мин} и Р_{вх мин} — это напряжение, либо мощность, соответствующие чувствительности агрегата.

А чувствительность агрегата в нашем случае огранена: либо его коэффициентом усиления, либо собственными внутренними шумами, либо и тем и другим одновременно. В целом она равна мощности самого слабого входного сигнала, который, будучи преобразован нашим устройством, выдаёт на-гора выходной уровень, считающийся достаточным для его нормальной фиксации.

А конкретно — этот выходной уровень мы должны распознать на каком-то фиксирующем приборе, либо услышать-увидеть-почувствовать и при этом, он должен быть выше значения собственных шумов нашего девайса.
Насколько выше? Обычно это указывается вместе с показателем чувствительности.
К примеру, чувствительность 10мкВ при соотношении сигнал/шум = 12дБ, означает, что подав на вход сигнал амплитудой 10мкВ, мы на выходе увидим некий отклик, который на 12дБ (т.е. в 3,98 раз по напряжению и 15,85 раз по мощности) будет превышать уровень собственных внутренних шумов нашего устройства.

Описанная динамическая характеристика устройства в первую очередь характеризует его односигнальный динамический диапазон, который определяется методом подачи на вход изучаемого объекта сигнала одной частоты. Иногда этот параметр в радиотехнике именуется динамическим диапазоном по блокированию и обозначается DD1 или DB1.

Теперь давайте подумаем, что случится, если вдруг подать на вход нашего линейного устройства сигналы двух различных частот. А что случится?
При определённом уровне их амплитуд наше устройство выйдет из линейного режима и сигналы начнут взаимодействовать между собой таким образом, что на выходе вместо двух исходных частот появится сложный сигнал с комбинациями частот (гармоник), зависящих от частоты «родительских» сигналов f1 и f2 согласно следующей формуле:

f_гарм = n × f1 ± m × f2, где n и m — это целочисленные коэффициенты, принимающие значения от единицы до неких величин, определяемых частотными свойствами применяемых элементов.

В высокочастотной электронике это свойство может быть использовано для преобразования частот в устройствах, называемых «смеситель».

Однако в линейных схемах — это явление крайне нежелательно, потому как является основной причиной возникновения

интермодуляционных искажений.
Эти искажения, в свою очередь, приводят: к появлению побочных каналов приёма/передачи в ВЧ радиотехнике, а в усилителях НЧ — появлению посторонних призвуков. Причём, данный тип искажений гораздо неприятнее на слух, чем банальное амплитудное ограничение сигнала. Источник их появления гораздо сложнее обнаружить, а соответственно и устранить.

Ну вот мы медленно, но верно подобрались к определению понятия «динамический диапазон по интермодуляции«.

Динамическим диапазоном по интермодуляции (Dynamic Range) называется характеристика устройства, показывающая его способность противостоять продуктам нелинейного взаимодействия двух или более сигналов. Обозначается — DD3 или DB3.
Другими словами — параметр DB3 характеризует допустимую величину двух сигналов с различными частотами f1 и f2, действующих одновременно на входе устройства, при которой ещё не возникает продукт их взаимодействия (вернее, когда уровень этого продукта не превышает заданного параметра — RFrx). И определяется как отношение, выраженное в дБ, общей мощности этих сигналов к чувствительности устройства.

Измерение динамического диапазона по интермодуляции (DB3) — дело не такое простое, как измерение односигнального DB1. Процесс это сводится к определению суммарной величины, так называемых, продуктов 3-го порядка с частотами 2f1 ± f2, 2f2 ± f1. Приведу формулу для вычисления динамического диапазона:
DB3 = 2/3 × IP3 — P_{вх мин} (дб), где IP3 — точка пересечения линии уровня интермодуляционных составляющих 3-го порядка на графике передаточной характеристики, а P_{вх мин} — чувствительность, выраженная в дБ и определяемая собственными шумами устройства.

Рис.2

На Рис.2 красным и синим цветами изображены знакомые нам по Рис.1 динамические характеристики: идеальная и характеристика основных частот входных сигналов (f1 и f2).
Чёрным цветом показана кривая интермодуляционных продуктов 3-го порядка с частотами 2f1 ± f2 и 2f2 ± f1. Данная кривая возрастает в 3 раза быстрее (в децибельном выражении) чем идеальная, поэтому теоретически в некоторой точке эти линии должны сойтись, обозначая точку пересечения по интермодуляции третьего порядка (IP3).
Будучи теоретической — эта точка никогда не может быть достигнута на практике, поскольку смеситель войдёт в режим компрессии сигнала раньше, чем эта точка будет достигнута.

Нахождение данной точки (IP3) — задача не такое простая, как измерение односигнального DB1. Поэтому для облегчения жизни радиолюбителя вводятся некоторые допущения, основанные, исходя из практического опыта. А именно:
В общем случае обычно отмечается, что связь между точкой компрессии 1 дБ и точкой пересечения 3-го порядка, приведённой к входу, имеет вид: IP3 = P_1дб + (10…15)дб.
А учитывая, что односигнальный динамический диапазон DB1 описывается формулой:
DB1 = P_1дб — P_{вх мин} (дб), а DB3 = 2/3 × IP3 — P_{вх мин} (дб), то на основании всех трёх формул можно вывести простую пропорцию: DB3 = 2/3 × (DB1 + (10…15)дб).

Посчитаем. Если односигнальный динамический диапазон по блокированию DB1 равен 110дБ, то:
DB3 ≈ 2/3 × (110дБ + 10дБ) = 80дБ.
Всё — расчёт окончен! Именно на эту величину динамического диапазона по интермодуляции и следует ориентироваться, так как именно она в значительной степени определяет качественные показатели как НЧ, так и ВЧ оборудования!

И напоследок — ещё одна динамическая характеристика, достойная определённого внимания по большей части в радиосвязи — Динамический диапазон по перекрёстным помехам (DD2 или DB2).
Характеристика эта важна в основном для устройств, осуществляющих приём однополосных (SSB) сигналов и определяет степень подавления мощных станций, работающих с АМ модуляцией и расположенных по соседству.
Перекрёстные искажения возникают в УВЧ и преобразователях частоты приёмников при воздействии на эти элементы модулированного мешающего сигнала с частотой, близкой к значению частоты настройки основного канала приёма, например, на частоте соседнего канала.

Процесс измерения этого параметра подобен предыдущему описанию и сводится к определению величины продуктов 2-го порядка с частотами (f1 ± f2) и нахождению точки интермодуляции (IP2) посредством построения такого же графика.
Кривая интермодуляционных продуктов 2-го порядка растёт медленнее, чем 3-го (всего лишь в 2 раза быстрее идеальной передаточной характеристики), а потому и точка пересечения, обозначающая значение IP2, находится дальше от начала координат.

Благодаря «Справочнику радиолюбителя — коротковолновика» под авторством уважаемых С. Бунина и Л. Яйленко, вполне можно довериться компромиссной формуле: DB2 ≈ DB1 — 20 dB, что в нашем случае будет соответствовать 90дБ.

 

Динамический диапазон — сигнал — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Динамический диапазон — сигнал

Cтраница 1

Динамический диапазон сигнала находится как разность наибольшего и наименьшего уровней громкости сигналов, выраженных в децибелах. Он зависит от характера музыкального произведения и от особенностей исполнения. Так, речь диктора, читающего последние известия, имеет динамический диапазон 25 — 30 дб ( что соответствует изменению напряжения примерно в 20 раз), а при чтении художественного произведения может достигать 50 об ( в 300 раз), изменяясь от криков до шепота.  [1]

Динамический диапазон сигналов АЭ при выполнении контроля может достигать 100 дБ и более.  [2]

Динамическим диапазоном сигнала называют отношение максимальной мгновенной мощности сигнала к минимальной. В реальных условиях минимальная мощность сигнала ограничена уровнем помех, который она всегда должна превышать. Наконец, для сравнения характера различных сигналов вводят понятие спектра. Для этого сигнал представляют в виде суммы некоторых эталонных колебаний, и по ним судят о характере реального сигнала. Такими эталонными колебаниями могут быть самые различные временные функции, но наиболее часто применяют гармонические.  [3]

Если динамический диапазон сигнала больше динамического диапазона усилителя, то некоторые сигналы могут быть не слышны вовсе или слышны неотчетливо. Однако далеко не все звуковоспроизводящие И звукопреобразующие приборы обладают таким большим динамическим диапазоном.  [4]

Если динамический диапазон сигнала больше динамического диапазона усилителя, возникают искажения, для уменьшения которых сжимают диапазон сигнала с помощью ручной или автоматической регулировки усиления.  [5]

Ограничение динамического диапазона сигнала обычно определяется сверху появлением перегрузки отдельных звеньев тракта сигналов или возникновением недопустимых нелинейных искажений, снизу — наличием шумов и помех в этом тракте. Чтобы избежать ограничения динамического диапазона сигнала, применяют сжатие его диапазона по возможности до пределов динамического диапазона тракта передачи. Искажения и маскировка шумами будут рассмотрены в отдельных параграфах.  [6]

Что называется динамическими диапазонами сигнала и усилителя.  [7]

Если в приемнике динамический диапазон сигнала подвергается сжатию и если сигнал поступает на вход разделительного каскада синхросигналов, через который проходят только верхушки оставшегося сигнала, то все же будет получена полная информация о синхронизации, даже несмотря па то, что используется только небольшая часть амплитуды синхросигнала. На рис. 7 — 3 приведено графическое пояснение сказанного.  [9]

Ац исходя из динамического диапазона сигнала ( ммакс-ммин) и шага квантования Аи. При выборе шага квантования Аи равным средне-квадратическому значению собственных шумов приемника аш, которое ограничивает и значения имии, Ам имин аш.  [10]

Противоречие между ограниченностью динамического диапазона сигнала конечной длительности и кажущейся бесконечностью его информационной емкости разрешается довольно просто.  [12]

Динамический диапазон и сигнал/шум | Live Sound Journal

Динамический диапазон и сигнал/шум

 

Пэт Браун раскрывает важнейшие понятия в оптимизации работы аудио-системы.

Достаточное отношение сигнал/шум является одной из характеристик профессионально разработанной системы звукоусиления. Термины «динамический диапазон» и «сигнал-шум» часто используются как синонимы, но при ближайшем рассмотрении оказывается, что они совсем не то же самое.

Динамический диапазон звуковой системы это разница в уровне между высшим пиком сигнала, который может быть воспроизведен системой (или устройством в системе) и амплитудой высшей спектральной составляющей шума.

Каждый электронный прибор имеет свой динамический диапазон, который определяется, прежде всего, ограничениями электропитания и уровнем остаточного шума прибора. Сильная узкополосная компонента порога шума устройства ограничивает динамический диапазон системы.

Соотношение сигнал/шум это разница между средним уровнем сигнала и средним уровнем шума. Устройство, которое работает на некоем среднем выходном уровне программного материала, должно иметь пики, которые превышают этот уровень на 10-20 дБ.

Именно поэтому мы держим средний уровень около «0» на RMS-индикации на мастере, а весь остальной размах напряжения резервируется для пиков в программном материале. Средний уровень (average level) имеет важное значение — это то, по чему мы, как слушатели, судим о программной громкости.

Если использовать вольтметр для измерения RMS-значений остаточного шума устройства, отношение сигнал/шум будет равно разнице в уровне между этим значением (обычно выраженным в dBV или dBu) и номинальным «нулевым» выходным уровнем (также выраженным в dBV или dBu). При этом предпочтительно, чтобы устройство работало на уровне «около ноля», подобно тому, как большинство микшерных консолей для оптимизации их структуры усиления.

Динамический диапазон системы (или компонента системы) не зависит от присутствия сигнала. Это просто разница между максимально возможным неискаженным выходным уровнем и самым высоким уровнем собственного шума (обычно А-взвешенного) какого-либо компонента в системе. Соотношение «сигнал/шум» требует наличия сигнала, поэтому оно должно измеряться при фактическом использовании системы или компонента системы.

Система с широким динамическим диапазоном может иметь плохое соотношение «сигнал/шум» из-за неудачного способа её эксплуатации. «Динамический диапазон» можно использовать для описания производительности, которой можно добиться от системы или устройства, в то время как «сигнал/шум» может использоваться для описания того, что фактически достигнуто на практике.

На практике

Для измерения уровня звукового давления (SPL) при живом выступлении SPL-метр должен использовать А-взвешивание, а измерительный микрофон должен находиться в типичной позиции слушателя, на высоте около метра.

А-взвешивание обычно используют, поскольку эта шкала, как и люди, наиболее чувствительна к части спектра от 1 кГц до 4 кГц. Поскольку большинство измерителей звукового давления имеют возможность усреднения измерений, то это дает средний уровень звукового давления при исполнении.

На графике справа — кривые А-, В-, и С-взвешиваний.

Конечно, пики в программном материале повышают это среднее значение, хотя измеритель не может реагировать достаточно быстро, чтобы прочитать их. Этот «лаг измерения» составляет обычно порядка 10 дБ, но может быть выше (или ниже) в зависимости от программного материала.

Теперь, если все источники звука на сцене замолчат (но микрофоны останутся открытыми), то можно будет измерить уровень собственных шумов системы, тем же SPL-метром, и тем же способом. В правильно спроектированной звуковой системе этот шум будет создаваться окружающей средой из открытых микрофонов (но не остаточными шумами электронных компонентов).

В аудитории с собственным уровнем шума 40 дБА, отношение сигнал/шум с типичным «лекторским» микрофоном будет только порядка 37 дБ со «средним» спикером (77 dBA), стоящим на расстоянии 1 фут от микрофона. Десять открытых микрофонов могут повысить минимальный уровень шума еще на 10 дБ, если их чувствительность и настройки такие же, как у первого микрофона, исходя их 10 log (количество открытых микрофонов) = 10 дБ.

К сожалению, для повышения отношение сигнал/шум системы в данном случае нет никакого выбора, увеличение уровня полезного сигнала также приведет к увеличению шума. Это очевидное последствие применения дальних микрофонов и невозможности отключения ненужных микрофонов.

Теперь, если сильный вокалист способен произвести 120 dBA в ручной микрофон в этой же системе (что не редкость для вокалистов, поющих в ручные, ближние микрофоны), то сигнал/шум будет порядка 80 dB (120 dB — 40 dB = 80 dB). Вот почему мы настаиваем, что правильная микрофонная техника имеет важное значение для хорошей производительности, поскольку, в конечном счете, влияет на соотношение сигнал/шум системы.

Мы используем минимальное значение в 25 dB для отношения сигнал/шум в звуковой системе в аудитории с большим количеством открытых микрофонов.

Скажем, в той же системе самый громкий звук, который система может произвести линейным способом, будет 110 dBA в том же положении слушателя.

Даже если система эксплуатируется на среднем уровне в 90 dBA, пики такого масштаба, безусловно, возможны. Наивысший программный пик будет определяться используемым громкоговорителем и усилителем мощности, подключенным к нему. Мы сейчас имеем один ингредиент, который требуется, чтобы найти динамический диапазон системы.

Если самым громким компонентом шума является гул от кондиционера, который находится на уровне 35 dBA, то динамический диапазон системы некуда увеличивать (110 dBA — 35 dBA = 75 dBA). Динамический диапазон может быть увеличен только путем отключения кондиционера, чтобы удалить гул.

Как вы можете видеть из этих примеров, среда определяет и динамический диапазон, и отношение сигнал/шум звуковой системы. Поскольку большинство электронных компонентов в системе имеют динамический диапазон порядка 100 dB или больше, звуковая система сама по себе никогда не должна быть слабым звеном, когда дело доходит до конечного результата для слушателя. Профессиональная система должна иметь динамический диапазон не менее 96 dB со всеми работающими электронными устройствами.

Только для студии или домашнего кинотеатра порог шума электронных устройств должен быть фактором, определяющим динамический диапазон или отношение сигнал/шум в положении слушателя. Поэтому можно спроектировать акустическую систему с очень широким динамическим диапазоном, но в целом соотношение сигнал/шум может быть довольно низким из-за особенностей самого помещения.

Можно даже спроектировать систему с более чем 100 dB динамического диапазона в каждом компоненте, и обнаружить, что сигнал/шум резко уменьшается во время фактического использования из-за неверно установленной структуры усиления (диаграммы уровней) при настройке системы. Наиболее распространенной причиной этого является применение усилителей, открытых «на-полную», что приходится компенсировать, держа средний уровень на мастере микшерной консоли на уровне -20 dBV.

При проектировании системы мы выбираем отдельные компоненты, которые имеют широкий динамический диапазон, и затем калибруем систему, чтобы достичь максимального соотношения сигнал/шум.

Оригинал материала.

____________________________________________________

Пэт и Бренда Браун

Пэт и Бренда возглавляют компанию SynAudCon, которая проводит аудио-семинары и онлайн-семинары по всему миру. Для получения дополнительной информации зайдите на сайт www.prosoundtraining.com.

____________________________________________________

Часто задаваемые вопросы по динамической обработке аудио сигнала — Блог — Kombik.com

11 марта 2011 | Максим Иванов

Что такое динамический диапазон? 

Динамический диапазон можно определить как расстояние между уровнями самого тихого и самого громкого сигналов из возможных. К примеру, если в инструкции к процессору указано, что максимальный входной уровень сигнала до искажения равен +24 дБ, а шумовой порог на выходе равен -92 дБ, значит суммарный динамический диапазон процессора равен 24 + 92 = 116 дБ. 

Динамический диапазон оркестра в среднем находится в пределах от -50 дБ до +10 дБ. Что в сумме даёт 60 дБ. Хотя вам может показаться, что динамический диапазон в 60 дБ — это мало, проведя простые расчёты, оказывается, что +10 дБ — это в 1000 раз громче, чем -50 дБ! 

Динамический диапазон в рок музыке намного меньше, обычно от -10 dдБ до +10 Дб, или 20 дБ в сумме. Поэтому смешивание разных сигналов в рок музыке в единый микс довольно занудное занятие. 

Для чего нам компрессия? 

Допустим, вы работаете над сведением роковой записи, средний динамический диапазон у нее 20 дБ. И вы хотите добавить в микс необработанный компрессором вокал. Средний динамический диапазон у вокала равен примерно 40 дБ. Чем это чревато для микса? Слишком тихие вокальные куски будут просто не слышны, а слишком громкие будут выпирать из общей картины. В данной ситуации компрессор необходим для уменьшения (компрессии) динамического диапазона вокала в пределах 10 дБ. 

В данном случае вокал будет находиться примерно на уровне +5 дБ. Диапазон — от 0 дБ до +10 дБ. Тихие фразы теперь будут выше самого низкого уровня сигнала в миксе, а громкие фразы не будут выпирать. Получается, что вокал занимает своё место в миксе. 

Тот же самый принцип работает для любого инструмента в миксе. У каждого инструмента есть свое место в миксе, а хороший компрессор помогает звукорежиссеру правильно их смешать. 

Разве компрессор нужен для всего? 

Обычно в ответ на этот вопрос вы слышите: «Конечно же, нет! Перекомпрессированные треки звучат ужасно.” Это утверждение верно лишь в одном случае — если вы отчетливо слышите как работает компрессор на записи. Качественный дорогой компрессор, будучи правильно настроенным, звучит незаметно! Перекомпрессированный звук — это следствие ошибок в обработке конкретных инструментов, если конечно это не сделано умышленно с целью получить спецэффект. 

Как вы думаете, зачем на всех дорогих микшерных пультах на каждом канале есть свой компрессор? Ответ прост — большинство инструментов нуждается в компрессии, пусть даже едва заметной. Это помогает им быть слышимыми в миксе. 

Зачем нам нойз-гейты? 

Давайте рассмотрим пример с вокалом. Допустим, вы установили для него диапазон в 20 дБ. Проблемы начинаются, когда компрессор усиливает самые тихие сигналы в вокальном треке. Всплывают всякие нежелательные шумы на заднем плане, куски фонограммы, попавшей в микрофон из наушников и т.п. Вы можете попробовать просто убрать громкость в паузах, но это обычно заканчивается полным провалом. Намного лучший способ — использовать нойз-гейт. Мы можем установить порог срабатывания нойз-гейта, к примеру, на -10 дБ, что соответствует нижней границе динамического диапазона вокала в нашем случае. Таким образом гейт будет автоматически убирать в ноль все нежелательные сигналы между фразами. 

Если вы когда-либо пробовали сводить живую запись, вы знаете сколько проблем возникает с ударной установкой, а именно с железом, которое проникает в микрофоны, установленные на томах. Как только вы добавляете верхов на эквалайзере, чтобы сделать томы более яркими, начинают лезть наверх тарелки. И это особенно хорошо слышно через ВЧ громкоговорители в мониторах. Если же мы используем гейты на микрофонах, записывающих томы, так что железо больше не будет звучать через них в паузах, мы очень сильно прочистим общий микс и сделаем его в разы разборчивее. 

Типы динамической обработки 

Динамическая обработка — это процесс изменения динамического диапазона сигнала, позволяющий расширить возможности оборудования, через которое записывается или воспроизводится этот сигнал. Иными словами, мы получаем возможность записывать или проигрывать записанный сигнал без искажений и/или шума, тем самым упрощая себе задачу сведения. 

Компрессор и лимитер 

Пробивной, хорошо слышимый, с хорошим презенсом — это все описания звуковых сигналов, полученных при помощи их обработки компрессорами и лимитерами. 

Компрессия и лимитирование — это формы управления динамическим диапазоном (громкостью) сигнала. Аудио сигналы имеют довольно большой разброс по уровням громкости. Пиковый сигнал может вызвать перегрузку в звукозаписывающей цепи, что в свою очередь вызовет искажение сигнала. 

Компрессор/лимитер — это своего рода усилитель, в котором уровень громкости зависит от уровня проходящего через него аудиосигнала. Выбрав определённое значение компрессора/лимитера, сигнал будет автоматически ослабляться выше заданного уровня или порогового уровня. 

В сущности, компрессия – это процесс ослабления входного сигнала в заданной пропорции. Используется для сужения динамического диапазона голоса или музыкального инструмента, позволяет производить запись без искажений. Также применяется при создании микса, уменьшая разницу частот каждой дорожки. 

Вокалист, допустим, постоянно перемещается перед микрофоном и сигнал на выходе колеблется вверх-вниз, что звучит странно. В данном случае компрессор решит проблему, ослабив громкость отдельных фраз так, что в результате будет ровный вокал. 

Степень ослабления сигнала зависит от соотношения компрессии и порогового уровня. Соотношение 2:1 или меньше считается слабой компрессией, при которой сигнал на выходе, превышающий пороговый уровень, уменьшается в два раза. Соотношения выше 10:1 можно называть сильным лимитированием. 

Чем ниже пороговый уровень, тем большая часть сигнала подвергается компрессии (при определённом уровне входного сигнала). Важно знать меру, так как слишком сильная компрессия убивает динамику записи (при этом некоторые звукорежиссёры убивают её специально в качестве эффекта)! 

Лимитирование – вид обработки сигнала, при котором подавляются всплески громкости (скачки амплитуды). 

Компрессор/лимитер используется при выполнении многих задач при обработке звука, например:

Звук бочки ударной установки может затеряться среди электрогитар. И не важно, как громко звучит дорожка, бочка звучит “грязно”. Компрессия выправит звук бочки на фоне гитар.

Диапазон голоса на записи достаточно широк. Пики громкости могут сильно выпирать из общего звучания. Таких пиков может быть много, и они все разные, так что почти невозможно их выровнять через микшер. Компрессор/лимитер автоматически контролирует громкость, не искажая тонкостей вокала.

Соло гитара глушится ритмом. Не выкручивайте фейдер до предела, компрессия поставит ведущую гитару на своё место в миксе.

Бас-гитару сложно записывать. Ровный звук с хорошей атакой достигается за счёт правильной компрессии. И не нужно обрезать низы микса — компрессор/лимитер позволит басу проявиться на любых частота

Экспандер 

Существует два основных вида экспансии: динамическая и нисходящая. Экспансия расширяет динамический диапазон сигнала, когда он выше порогового значения. Динамическая экспансия – это, по сути, компрессия наоборот.Динамическая экспансия применяется на ТВ и радио, чтобы отменить компрессию непосредственно до передачи аудио сигнала. Компрессию с последующей экспансией называют компандированием.На данный момент чаще всего применяют нисходящую экспансию. В отличие от компрессии, которая понижает сигнал выше порогового значения, экспансия понижает сигнал ниже порога экспансии. Степень понижения определяется соотношением экспансии. Например, соотношение 2:1 понижает сигнал вдвое (это значит, что если сигнал ниже порогового значения на 5дБ, экспандер понизит его до 10дБ).Экспансию часто используют для уменьшения шумов, это очень мощный и простой нойз-гейт. Главное различие между экспандером и нойз-гейтом в том, что экспансия зависит от того, насколько сильно сигнал ушёл “под порог”, тогда как при работе нойз-гейта это не имеет значения. 

Шумоподавление 

Шумоподавление – процесс устранения нежелательного шума из записи посредством ограничения сигнала ниже заданного порогового значения. Как было написано выше, работа нойз-гейта не зависит от уровня сигнала ниже порога. Выход устройства открыт, пока сигнал находится выше порога. 

Длительность открытия выхода определяется скоростью атаки. Длительность работы устройства, когда сигнал ниже порогового называется временем удержания. Скорость закрывания выхода определяется временем возврата. Уровень подавления нежелательного сигнала в закрытом положении определяется диапазоном. 

Краткий словарь терминов 

Научно доказано, что если вы хотите быстро изучить какой-то предмет, вы должны для начала разобраться с основными понятиями. Тот же принцип действует и в звукозаписи и в дальнейшей работе со звуком. Большинство инструкций и учебников предполагают наличие базовых знаний, без которых читать их затруднительно. Надеюсь, что следующий раздел поможет вам навести порядок в голове и окончательно разобраться с основами. 

Компрессоры

Атака (Attack). 

Атака определяет скорость действия компрессора на входной сигнал. Долгая атака (регулятор по часовой стрелке до упора) вначале позволяет сигналу (т.н. начальный переходный процесс) проходить необработанным через компрессор, тогда как короткая атака (против часовой стрелки до упора) сразу же обрабатывает сигнал согласно соотношению компрессии и установленному пороговому уровню. 

Авто (Auto). 

Компрессор работает в режиме автоматической атаки и возврата. Регуляторы в этом случае не влияют на процесс, а используются запрограммированные значения параметров. 

Боковой канал компрессора (Compressor Sidechain). 

Вход бокового канала прерывает сигнал, с помощью которого компрессор определяет необходимой уровень компрессии. При отключенном боковом канале, входной сигнал идёт сразу на главную схему компрессора. При его включении, сигнал на главную схему не поступает. Теперь можно обрабатывать управляющий сигнал эквалайзером, например, применив де-эссинг (частотная коррекция голоса). После обработки управляющий сигнал поступает обратно в компрессор через выход канала. Типичное применение бокового канала – использование компрессора для приглушения фоновой музыки во время выступления ведущего или снижения громкости ритм-гитары на фоне вокала. Теперь голос легко различим. В этом случае голосовая дорожка идёт в боковой канал, в то время как фоновая музыка — на основную схему компрессора. Теперь компрессор понижает уровень фоновой музыки (процесс называется дакинг), когда вокалист начинает петь или говорить. 

Жёсткая и мягкая компрессия (Hard/Soft Knee) 

При жёсткой компрессии ослабление сигнала происходит максимально быстро в момент превышения пороговой величины. При мягкой, сигнал ослабляется более плавно, после того, как он превысил заданный порог, что обеспечивает более естественное для музыки звучание. 

Лимитеры.

Лимитер – это компрессор, не допускающий увеличения сигнала выше уровня порога. Например, если порог установить на 0 дБ, параметр “Ratio” выкрутить полностью по часовой стрелке, то компрессор начнёт работу в режиме лимитера при 0 дБ, и выходной сигнал никогда не превысит этого значения. 

Компенсирующее усиление (Makeup Gain). 

При компрессии, сжатие сигнала обычно влияет на общий уровень громкости. Регулятор усиления позволяет восстановить утерянный при компрессии уровень. 

Соотношение (Ratio). 

Соотношение – это зависимость между выходным и входным сигналами, этот параметр устанавливает крутизну компрессии. Например, установив соотношение 2:1, любой сигнал выше порогового подвергнется компрессии в соотношении 2:1. На каждый децибел на входе компрессора приходится 0.5 дБ на выходе, таким образом образуется компрессия, сжимающая сигнал в два раза. При увеличении соотношения, компрессор постепенно переходит в режим работы лимитера. 

Время возврата (Release). 

Время возврата — это время, которое проходит между тем, как уровень входного сигнала упал ниже порога, и моментом, когда уровень компрессии вернулся на нулевой (компрессор перестал ослаблять сигнал). Короткий возврат создаёт неровный, “рубленый” звук, особенно у бас-гитары. Долгий возврат слишком “пережимает” звук, расплющивая его. Любому значению времени возврата найдётся применение – подбирайте на слух. 

Threshold. 

Пороговый уровень компрессии (порог компрессии) определяет значение, выше которого начинается ослабление сигнала. Обычно поворот регулятора порога влево увеличивает сигнал, который подвергается компрессии (при соотношении выше, чем 1:1). 

Экспандеры

Нисходящая экспансия (Downward Expansion). 

Нисходящая экспансия чаще всего применяется в профессиональной звукозаписи. Сигнал ослабляется ниже порогового значения. Это стандартный способ подавления шумов. 

Соотношение (Ratio). 

Соотношение экспансии определяет уровень ослабления сигнала, когда он опустился ниже порога. К примеру, при соотношении экспансии 2:1 каждый децибел ниже порогового значения ослабляется в два раза. При соотношении 4:1 и выше экспандер работает почти как нойз-гейт, только без возможности регулирования времени атаки, задержки и возврата.

Нойз гейты (Noise Gate)

Атака (Attack). 

Параметр «время атаки» устанавливает величину, при которой открывается гейт. Быстрая атака подходит для перкуссивных инструментов, в то время как вокал и бас-гитара требуют плавного открытия. Применение к ним слишком быстрой атаки приведёт к появлению ощутимого “шёлкания” при сведении. Щелчок при открытии присущ любому гейту, но при правильной настройке его не слышно. 

Время удержания (Hold). 

Время удержания – фиксированный период времени, при котором гейт находится в открытом состоянии при уровне сигнала ниже порогового. Значение этого параметра играет роль при гейтировании, например, малого барабана – после удара по нему проходит определённое время, после которого гейт резко закрывается. 

Диапазон (Range). 

Диапазон гейта – величина ослабления сигнала, когда гейт закрыт. Таким образом, при значении этого параметра 0 дБ ослабления сигнала вообще не происходит. Значение -60 дБ означает, что при закрытом гейте сигнал будет ослаблен (гейтирован) на 60 дБ и т.д. 

Время возврата (Release). 

Время возврата гейта определяет скорость, с которой гейт переходит из открытого в полностью закрытое состояние. Время возврата обычно настраивают так, чтобы сохранить естественное затухание звука инструмента или вокала. Высокая скорость возврата убирает шумы, но может вызвать “заикание” ударных инструментов, которое устраняется низкой скоростью возврата. Внимательно настраивайте этот параметр для наиболее естественного эффекта. 

Пороговый уровень (Threshold). 

Пороговый уровень гейта устанавливает значение, при котором гейт открывается. Принцип прост — любой сигнал выше порогового проходит нетронутым, а сигнал ниже ослабляется на величину, зависящую от настроек диапазона. Если выкрутить регулятор влево до упора — гейт будет отключен (т.е. всегда открыт), и любой сигнал проходит без ослабления. 

Общие рекомендации по компрессии аудио сигнала

Ниже приведены пресеты компрессии, используемые в PreSonus BlueMax. Данные пресеты – стандартные установки, своего рода отправные точки для работы со звуком. 

Вокал

Тёплый вокал. Это параметры для лёгкой компрессии с низким соотношением и расширенным диапазоном, в основном для лирических песен в живом исполнении. Вокал “на своём месте”.

Threshold (порог)	Ratio (соотношение)	Attack (атака)	Release (возврат)
-8.2 дБ	1.8:1	0.002 ms	38 ms

Средний. Более жёсткие параметры, динамический диапазон уже. Партия голоса выступает из микса.

Threshold (порог)	Ratio (соотношение)	Attack (атака)	Release (возврат)
-3.3 dB	2.8:1	0.002 мс	38 мс

Кричащий. Параметры для громкого вокала. Довольно жёсткая компрессия для вокалистов, которые не следят за расстоянием до микрофона. Голос сильно выступает из микса, создавая эффект присутствия. 

Threshold (порог)	Ratio (соотношение)	Attack (атака)	Release (возврат)
-1.1 дБ	3.8:1	0.002 мс	38 мс

Перкуссия

Малый барабан/бас-барабан. Данный пресет пропускает пики и сжимает остальную часть сигнала, при этом слышим чёткий звук с затуханием.

Threshold (порог)	Ratio (соотношение)	Attack (атака)	Release (возврат)
-2.1 дБ	3.5:1	78 мс	300 мс

Левый/правый (стерео) оверхэды. Параметры «соотношение» и «порог» здесь низкие, что даёт широкий диапазон, в который помещаются даже тарелки. Глубокие низы, общее звучание живое с невысокой реверберацией. Более пробивной звук, меньше эффекта комнаты. 

Threshold (порог)	Ratio (соотношение)	Attack (атака)	Release (возврат)
-13.7 дБ	1.3:1	27 мс	128 мс

Струнные инструменты

Бас-гитара. Быстрая атака и медленный возврат пресета “сожмут” бас так, чтобы он хорошо сидел в миксе.

Threshold (порог)	Ratio (соотношение)	Attack (атака)	Release (возврат)
-4.4 dB	2.6:1	45.7 мс	189 мс

Акустическая гитара. Пресет подчёркивает атаку акустической гитары и обеспечивает ровность звучания, что позволят гитаре оставаться слышимой.

Threshold (порог)	Ratio (соотношение)	Attack (атака)	Release (возврат)
-6.3 дБ	3.4:1	188 мс	400 мс

Электрогитара. Настройки для плотного ритма. Небольшое время атаки придаёт ритм-партии напор и живость

Threshold (порог)	Ratio (соотношение)	Attack (атака)	Release (возврат)
-0.1 дБ	2.4:1	26 мс	193 мс

Клавишные инструменты

Фортепиано. Особый пресет для выравнивания всего диапазона фортепиано – от нижнего звука до пятой октавы. Чётко слышны партии обеих рук.

Threshold (порог)	Ratio (соотношение)	Attack (атака)	Release (возврат)
-10.8 дБ	1.9:1	108 мс	112 мс

Синтезатор. Быстрая атака и возврат подходят как для духовых, так и басовых партий на синтезаторе.

Threshold (порог)	Ratio (соотношение)	Attack (атака)	Release (возврат)
-11.9 дБ	1.8:1	0.002 мс	85 мс

Оркестр. Настройки подходят как для струнных, так и других оркестровых “наборов” синтезатора. Общий динамический диапазон снижен для удобного добавления в микс. 

Threshold (порог)	Ratio (соотношение)	Attack (атака)	Release (возврат)
3.3 дБ	2.5:1	1.8 мс	50 мс

Стерео микс

Стерео лимитер. Исходя из названия, у этого пресета жёсткое лимитирование, что делает его идеальным для сведения двух дорожек или двух моно-каналов в один стерео.

Threshold (порог)	Ratio (соотношение)	Attack (атака)	Release (возврат)
5.5 дБ	7.1:1	0.001 мс	98 мс

Контур. Настройки расширяют диапазон основного микса.

Threshold (порог)	Ratio (соотношение)	Attack (атака)	Release (возврат)
-13.4 дБ	1.2:1	0.002 мс	182 мс

Шум и динамический диапазон / Audiophile’s Software

Введение

Обычно шум намного лучше слышен при использовании наушников, чем при использовании колонок, и является популярной темой жалоб именно среди владельцев наушников.

Существует множество заблуждений о том, откуда берется шум, характеристиках и методах его сравнения.

Что такое шум?

Технически шум — это всё, кроме полезного сигнала. Обычно нас интересуют шумы лишь в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Внутри этого диапазона ухо более чувствительно к одним частотам, чем к другим. Наиболее распространенный слышимый шум по природе своей совершенно случаен и воспринимается как широкополосное шипение. Низкочастотный гул на частотах сети электропитания (50 или 60 Гц) также иногда может быть слышен. Все цифровые устройства, в особенности компьютеры и мобильные телефоны, могут создавать шумы на определенных частотах, воспринимаемые как скрип, щелчки, гул и т. д.

Источники шума

Слышимый шум может возникать, и зачастую возникает в сигнальном тракте, начиная с используемых при записи микрофонов. Вот наиболее распространенные его источники:

• Звукозапись — Микрофонные предусилители и другое оборудование, используемое во время записи, часто вносит слышимые шумы. Но есть множество технологий, используемых для уменьшения их слышимости. Шумоподавление (англ. Noise Gate), например, используется для исключения шума в моменты, когда отсутствует полезный сигнал (от микрофона или инструмента). Практически все записи, сделанные до начала 80-х проходили мастеринг с использованием аналоговой пленки, которая вносит значительное шипение. И даже цифровые записи могут содержать шум, вносимый электроникой в процессе передачи и обработки сигнала. Также, само собой, высоким уровнем шума обладает винил.


• ЦАП — теоретически идеальный 16-битный ЦАП имеет соотношение сигнал/шум равное 96 дБ, но некоторые ЦАП’ы не дотягивают до максимальных показателей 16-битного формата. 24-битные ЦАП обычно обладают точностью соответствующей всего 16-ти битам, самые же лучшие из них едва достигают 21 бит (эффективное количество двоичных разрядов). В особенности это касается ЦАП встроенных в ПК. Некоторые ЦАП также вносят большое количество собственных шумов — интермодуляций, шумов квантования (хотя их можно рассматривать как искажения, так как они имеют место только при наличии полезного сигнала).


• Усилитель мощности — Даже нетбук или портативный плеер имеют встроенный усилитель мощности для наушников (в некоторых случаях он уже включен в чип ЦАП). Любой усилитель вносит шум, вопрос лишь в том, слышен этот шум, или нет. Даже самые дорогостоящие внешние усилители для наушников могут вносить значительное количество шума. Кроме того, конечно же, усиливаются шумы, поступающие на вход усилителя вместе с сигналом.


• Шумы накапливаются — Хотя иногда очевиден некий основной источник шума, шум также может вноситься в равной степени несколькими компонентами. В таком случае шумы суммируются.

Замеры шумов

Есть два основных метода измерения шумов. Первый подразумевает измерение абсолютного значения уровня шума, второй — уровня шума относительно некоторого заданного уровня сигнала. Величина децибел (дБ) частично была создана потому, что хорошо соответствует слуховому восприятию человека. Изменение громкости на 1 дБ — минимальное изменение, которое улавливается человеческим ухом. Изменение на 10 дБ воспринимается, грубо говоря, как увеличение (или уменьшение) громкости вдвое. Если устройство A имеет уровень шума −80 дБВ, а устройство B — −70 дБВ, второе будет иметь субъективно вдвое больший уровень шума:

• Абсолютный уровень шума — Обычно измеряется в микровольтах и представляет собой уровень на выходе в отсутствие полезного сигнала. Является показателем порога шумов, который представляет интерес с аналитической точки зрения, но слабо пригоден для субъективной оценки, когда важен уровень шумов относительно определенного уровня воспроизведения сигнала. Измерение абсолютного значения шума имеет смысл на выходе регулятора громкости.


• Относительный уровень шума — Более информативное значение, т. к. оно связывает уровень шума с некоторым фиксированным уровнем сигнала. Для этого существует несколько стандартных опорных уровней. Наиболее распространенными являются дБВ и dBu. Шум заданный в дБВ указывается относительно опорного уровня сигнала 1 В (действующее значение), а dBu — относительно 0.775 В. Оба уровня являются вполне приемлемыми для прослушивания с большинством полноразмерных наушников, вроде Sennheiser HD600.


• Соотношение сигнал/шум (Signal to Noise Ratio, SNR, S/N) — Еще более продвинутый способ представления, в основу которого заложен как уровень шума, так и опорный уровень сигнала. Наиболее корректным является представление в dBr (r — «relative», «относительно»), однако обычно используют просто дБ. К сожалению, многие разработчики не указывают опорный уровень сигнала. В таком случае, если указано только значение сигнал/шум, в качестве опорного уровня подразумевается максимальное абсолютное значение на выходе устройства — т. е. фактически мы получаем динамический диапазон. Но и это максимальное значение указывается далеко не всегда (см. Больше мощности).


• Вольты, дБВ, dBu, dBr — Измерение шумов в вольтах возможно только для получения абсолютных значений. Измерение в дБВ соответствует опорному уровню 1 В, что упрощает расчеты; эта величина обычно используется в области профессионального аудио. В потребительской среде используется dBu с опорным уровнем 0.775 В, что связано с усложнением расчетов. В случае с dBr опорным уровнем может быть любое значение, включая указанные выше.

Динамический диапазон

Как пояснялось выше, динамический диапазон — это по сути то же самое, что соотношение сигнал/шум при максимальном выходном уровне. Это соотношение (положительное значение) между самым громким неискаженным сигналом на выходе и уровнем на выходе при отсутствии воспроизведения. Теоретический динамический диапазон 16-битного аудио равен 96 дБ, и обычно это служит проверкой динамического диапазона: в идеале качество воспроизведения оборудования должно быть не хуже точности формата, в котором представлена запись. Для устройств с высоким выходным уровнем сигнала нередко можно увидеть значения динамического диапазона и выше, и это вполне реально. Исследования, например, проведенные Мейером и Мораном, показали, что динамический диапазон 96+ дБ является прозрачным для любых нормальных условий прослушивания. Единственный способ выявить шумы — поднять громкость до запредельных значений. Использование цифровых (программных) средств регулировки громкости перед подачей на 16-битный ЦАП и последующее увеличение громкости также может сделать шумы слышимыми. В таких случаях динамического диапазона в 110 дБ должно быть достаточно, чтобы сохранить шум за пределами слышимости.

Установка громкости

В настройке громкости есть некоторые интересные нюансы, и некоторые из которых не очевидны:

• Шум на входе — Все шумы, подаваемые на вход регулятора громкости, по мере увеличения громкости будут усиливаться, т. е. они не будут маскироваться музыкой. Абсолютное значение шума при этом увеличивается, но соотношение сигнал/шум остается прежним, т. к. вместе с шумом усиливается и уровень полезного сигнала.


• Шумы усилителя — В зависимости от того, в каком месте схемы устройства расположен регулятор, он может влиять или не влиять на уровень шума. Например, цифровой контроль громкости влияет только на шум, содержащийся в самой записи. Интересно, что некоторые устройства с аналоговым регулятором громкости имеют наибольший уровень шума при половинной громкости — например, FiiO E9. Обычно это происходит потому, что вы слышите собственные тепловые шумы

регулятора громкости, и вариант с половинной громкостью в данном случае является наименее благоприятным. Это характерно для схем, в которых регулятор громкости размещен перед каскадами усиления. Когда же громкость регулируется после усиления, практически весь шум является входным относительно регулятора громкости и уменьшается с уменьшением уровня громкости.

• Фиксированный шум — усилители также имеют составляющую шума, которая не зависит от положения регулятора громкости. Обычно это шумы, источником которых являются элементы, находящиеся после регулятора громкости, и в правильно разработанном усилителе их всегда можно свести к минимуму (до неслышимого уровня).

Понятие слышимости шума

Иногда слышимый шум определяется как шум, который воспринимается в предельных условиях, например: сигнал не воспроизводится, наименее благоприятные установки громкости и усиления, максимально тихое помещение, сверхчувствительные наушники. Простейшими рекомендациями может послужить уровень шумов -96 дБ (невзвешенное значение) относительно максимального разумного уровня громкости — в соответствии с динамическим диапазоном 16-битного формата. Таким образом, если выходной пиковый уровень звукового давления равен 110 dBSPL (см. Больше мощности), а шум находится на 96 дБ ниже, он будет совершенно неслышим. Это легко достигается использованием менее чувствительных наушников, однако трудноосуществимо со сверхчувствительными внутриканальными мониторами. Некоторые примеры:

• HD600 — 2.3 В для 110 дБ => 36 мкВ или –88 дБВ шума


• GRADO SR80 — 0.7 В для 110 дБ => 11 мкВ или –88 дБВ шума


• U.E. TripleFi 10 — 0.1 В для 110 дБ => 1.6 мкВ или –116 дБВ шума

Слышимость шума на практике

На практике тесты показывают, что шум на 85 дБ ниже, чем уровень громкости сигнала равный 110 дБ, является достаточно тихим для большинства слушателей (уровень шума 25 dBSPL). Таким образом устанавливается ограничение –105 дБВ (–102.8 dBu) или 5.6 мкВ для чувствительных внутриканальных мониторов. В случае с наиболее чувствительными мониторами в действительно тихой комнате некоторые люди могут всё равно слышать при этом уровне некоторый шум, но если быть реалистом, этого вполне достаточно. Если вы хотите быть уверены, что не услышите никаких шумов даже с самыми чувствительными наушниками, используйте в качестве целевого значение –110 дБВ (–107.8 dBu).

Шум и усиление

Усилители для наушников имеют различные уровни усиления. Некоторые усилители имеют настройки усиления. Чем больше уровень усиления, тем больше будет усилен входной шум. Кроме того, зачастую, чем больше уровень усиления, тем больше уровень собственных шумов усилителя. Это одна из причин, по которой следует использовать минимальный возможный уровень усиления. Смотрите All About Gain.

Пример

Усилитель O2 показал следующие результаты (смотрите O2 Measurements:

• Шум в дБВ при 100% громкости — –112 дБВ unweighted и –115 дБВ A-Weighted


• Сигнал/шум по отношению к максимальному выходу — 130 dBr unweighted и –133 dBr A-Weighted по отношению к 7 В RMS максимуму. Эти цифры впечатляют, однако далеки от реальности, так как вряд ли кому-то понадобится значение на выходе близкое к 7 В.

Чувствительность наушников

Наушники значительно различаются между собой по чувствительности. Многие полагают, что увеличение чувствительности на 10 дБ также ухудшит соотношение сигнал/шум на 10 дБ, но зачастую это неправда. Так как наушники более чувствительны, необходим меньший уровень усиления и/или меньший уровень громкости. В обоих случаях уменьшается также и уровень шумов, потому соотношение сигнала и шума, имеющегося на входе усилителя, остается неизменным. Только фиксированный шум имеет непосредственное отношение к чувствительности наушников. Тепловые шумы регулятора громкости могут также несколько усложнить ситуацию, но по мере того как чувствительность наушников растет, важность уровня фиксированного шума растет (см. выше про предельные условия).

Спектр шума

Иногда вы можете видеть спектральный анализ шума. Средний шумовой порог на этих графиках намного меньше, чем указанный в характеристиках шум. На рисунке справа суммарный шум равен примерно –112 дБВ, но на графике шум лежит на уровне –150 дБВ. Причина такой большой разницы заключается в том, что –112 дБВ — это сумма шумовых составляющих в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Представьте, что вы рассыпали стакан сахара по полу. Это несколько изменит уровень пола. Но если вы соберете весь сахар в измерительную ёмкость, то сможете определить,, сколько сахара всего — так же работают и показатели в окнах на рисунке.

Частотный диапазон шума. Взвешивание

Обычно шум — это сумма мощностей в звуковой полосе частот. В идеале частотная полоса указывается для невзвешенных измерений. Взвешивание по типу A (A-weighting) часто используется для адаптации результатов под особенности человеческого слуха (различная чувствительность слуха на различных частотах), также оно ограничивает частотную полосу. Другим стандартом взвешивания является ITU-R 468. Для оборудования, имеющего тенденцию к большому количеству ультразвукового шума, вроде усилителей класса D и цифрового оборудования, иногда могут быть полезны дополнительные широкополосные замеры шума, вплоть до 100 кГц.

Сравнение показаний шума

Непосредственно сравнивать показания можно только в dBu, дБВ или dBr, при одинаковом уровне. Во всех измерениях должен быть использован одинаковый диапазон частот и одинаковый тип взвешивания. В противном случае вы не сможете сравнивать результаты без выполнения некоторых дополнительных расчетов, или же их нельзя будет сравнивать в принципе. Вот несколько примеров:

• RMAA — К сожалению, в основе концепции RightMark Audio Analyzer отсутствует понятие абсолютных значений. Потому программа не может рассчитать уровень шума относительно некоторого заданного значения. Она пытается вычислить динамический диапазон в dBFS, но эти результаты являются субъективными и могут варьироваться в зависимости от настроек устройства (уровень громкости, уровень записи и т. д.), калибровки и проч. Вообще, измерения шумовых характеристик с помощью RMAA редко бывают точными, и собственные шумы оборудования ПК зачастую больше, чем то, что вы хотите измерить. Некоторые параметры, анализируемые RMAA, собственно, присутствуют там «для галочки», и это один из них.


• дБВ и dBr — Если устройство A имеет уровень шума –100 дБВ, а устройство B — –108 dBr (опорный уровень 10 В), с первого взгляда кажется, что шумы устройства B на 8 дБ меньше. Но для A значение указано по отношению к 1 В, а для B — к 10 В. Разница равна 20*Log(10/1) = 20 дБ. Так что в действительности для B по отношению к 1 В уровень будет на 20 дБ выше, т. е. –88 дБВ. Смотрите базовые преобразования ниже.


• dBu в дБВ — Эти значения схожи. Для преобразования из дБВ в dBu уменьшите модуль значения на 2.2 дБ. Для обратного преобразование увеличьте модуль на 2.2 дБ.


• dBr (400 мВ) в dBv — Я обновил результаты своих собственных замеров, преобразовав dBr с опорным уровнем 400 мВ в дБВ (опорный уровень 1 В). Для такого преобразования модуль значения надо увеличить на 8 дБ (для обратного — уменьшить).


• Базовые преобразования — Суть заключается в добавлении или вычитании 20 * Log( Vref1 / Vref2) дБ. Чем ниже опорный уровень, тем больше будет относительный показатель шума. Также уровень может задаваться по отношению к мощности (вместо напряжения). В этом случае значение рассчитывается как 10 * Log ( Pref1 / Pref2 ).
  • дБВ в Вольты — 10^( дБВ / 20 )
  • –96 дБ в Вольты — 10^( –96/20 ) = 16 мкВ ( 0.000016 В)
  • Вольты в дБВ = 20 * log ( В )


• Различные типы взвешивания — Невозможно в точности сравнивать значения, плученные с использованием различного взвешивания, т. к. они зависят от частотного распределения шума. Например, усилитель со значительным уровнем гула будет иметь меньшее взвешенное значение шума, чем усилитель с равномерно распределенным шумом. В большинстве случаев, однако, следует ожидать, что взвешивание по типу А даст значение уровня шумов на 3–6 дБ ниже, чем невзвешенное.

Импеданс источника

Тепловые шумы зачастую являются главным источником шумов в предусилителях и усилителях для наушников. А они пропорциональны импедансу входной цепи, включающей также и источник. Чем выше импеданс источника, тем больше шумы. Так, например, усилитель для наушников исправно работает от источника с импедансом 100 Ом, но использование источника с импедансом 10 кОм может легко привести к слышимым шумам. В данном случае шумы, которые вы слышите, в действительности продуцируются входным устройством, а не усилителем..

Измерение шумов

Так как значение уровня шумов является суммой составляющих в диапазоне звуковых частот, а также обычно является очень низким, измерить его точно — весьма проблематично. Лучшее high-end оборудование для ПК может иметь достаточно низкую шумовую полку, но в то же время редко позволяет делать замеры при максимальном значении на выходе устройства. И, что еще более важно, звуковое оборудование ПК не позволяет установить абсолютное значение — в В, дБВ и т. п. Лишь немногие цифровые мультиметры имеют достаточное разрешение и достаточно низкий уровень собственных шумов для замеров с точностью до мкВ в диапазоне 20—20000 Гц. Теоретически можно временно откалибровать 24-битную звуковую карту, используя точный измерительный прибор и соответствующие тестовые сигналы. Но здесь есть множество нюансов, зависящих от используемого ПО. Импеданс источника также является проблемой. Разработчики предпочитают при измерениях замыкать входные контакты устройства для получения лучших показателей шума, однако более близкие к реальным результаты можно получить, подключив на вход шунтирующее сопротивление близкое по значению к импедансу типичного источника. Если же вы попытаетесь использовать реальный источник, его шумы будут включены в результат измерений (как в случае с RMAA). При тестировании ЦАП необходимо использовать сигналы очень низкого уровня, так как если на ЦАП совсем ничего не подавать, он полностью отключится и покажет результаты, не соответствующие действительности. Практически любой качественный звуковой анализатор сможет исключить этот низкоуровневый сигнал из результатов, оставив только шум.

Измерения с помощью RMAA

Даже если вам удалось откалибровать уровни, вы всё равно не знаете, какие преобразования происходят внутри программы RMAA. Это магический «черный ящик», без какой-либо заслуживающей доверия документации, описывающей, каким образом программа рассчитывает выходные значения. Какой частотный диапазон был использован? Является результат взвешенным или невзвешенным? Плюс ко всему, в результаты включен неизвестный нам уровень шумов используемого оборудования. В итоге, лучшим способом измерить шумы является использование анализаторов Audio Precision и Prism Sound.

Заключение

Шумы на уровне –105 дБВ (по отношению к 1 В) практически всегда оказываются неслышимыми. Уровень шумов в районе -95 дБВ является приемлемым для большинства слушателей. Значения уровня шумов, заданные в других величинах должны быть предварительно преобразованы в дБВ или аналогичные единицы, прежде чем их можно будет сравнивать. Результаты, полученные с помощью RMAA, обычно неинформативны, т. к. по ним нельзя определить абсолютные значения. RMAA может определить лишь динамический диапазон, и то не всегда, т. к. зачастую сложно правильно настроить уровни без специального оборудования.

Оригинал статьи на английском: Noise & Dynamic Range

Что представляет собой шум, как его измерить, в каких величинах. Что такое динамический диапазон, и чем он отличается от уровня шумов.

Динамический диапазон

© 2014 Vasili-photo.com

Динамический диапазон или фотографическая широта фотоматериала – это отношение между максимальным и минимальным значениями экспозиции, которые могут быть корректно запечатлены на снимке. Применительно к цифровой фотографии, динамический диапазон фактически эквивалентен отношению максимального и минимального возможных значений полезного электрического сигнала, генерируемого фотосенсором в ходе экспонирования.

Динамический диапазон измеряется в ступенях экспозиции (EV). Каждая ступень соответствует удвоению количества света. Так, например, если некая камера имеет динамический диапазон в 8 EV, то это означает, что максимальное возможное значение полезного сигнала её матрицы относится к минимальному как 2⁸:1, а значит, камера способна запечатлеть в пределах одного кадра объекты, отличающиеся по яркости не более чем в 256 раз. Точнее, запечатлеть-то она может объекты с любой яркостью, однако объекты, чья яркость будет превышать максимальное допустимое значение выйдут на снимке ослепительно белыми, а объекты, чья яркость окажется ниже минимального значения, – угольно чёрными. Детали и фактура будут различимы лишь на тех объектах, яркость которых укладывается в динамический диапазон камеры.

Для описания отношения между яркостью самого светлого и самого тёмного из снимаемых объектов часто используется не вполне корректный термин «динамический диапазон сцены». Правильнее будет говорить о диапазоне яркости или об уровне контраста, поскольку динамический диапазон – это обычно характеристика измеряющего устройства (в данном случае, матрицы цифрового фотоаппарата).

К сожалению, диапазон яркости многих красивых сцен, с которыми мы сталкиваемся в реальной жизни, может ощутимо превышать динамический диапазон цифровой фотокамеры. В таких случаях фотограф бывает вынужден решать, какие объекты должны быть проработаны во всех деталях, а какие можно оставить за пределами динамического диапазона без ущерба для творческого замысла. Для того чтобы максимально эффективно использовать динамический диапазон вашей камеры, от вас порой может потребоваться не столько доскональное понимание принципа работы фотосенсора, сколько развитое художественное чутьё.

Факторы, ограничивающие динамический диапазон

Нижняя граница динамического диапазона задана уровнем собственного шума фотосенсора. Даже неосвещённая матрица генерирует фоновый электрический сигнал, называемый темновым шумом. Также помехи возникают при переносе заряда в аналого-цифровой преобразователь, да и сам АЦП вносит в оцифровываемый сигнал определённую погрешность – т.н. шум дискретизации.

Если сделать снимок в полной темноте или с крышкой на объективе, то камера запишет только этот бессмысленный шум. Если позволить минимальному количеству света попасть на сенсор, фотодиоды начнут накапливать электрический заряд. Величина заряда, а значит, и интенсивность полезного сигнала, будет пропорциональна числу пойманных фотонов. Чтобы на снимке проступили хоть сколько-нибудь осмысленные детали, необходимо, чтобы уровень полезного сигнала превысил уровень фонового шума.

Таким образом, нижнюю границу динамического диапазона или, иначе говоря, порог чувствительности сенсора формально можно определить как уровень выходного сигнала, при котором отношение сигнал/шум больше единицы.

Верхняя граница динамического диапазона определяется ёмкостью отдельного фотодиода. Если во время экспозиции какой-либо фотодиод накопит электрический заряд предельной для себя величины, то соответствующий перегруженному фотодиоду пиксель изображения получится абсолютно белым, и дальнейшее облучение уже никак не повлияет на его яркость. Это явление называют клиппингом. Чем выше перегрузочная способность фотодиода, тем больший сигнал способен он дать на выходе, прежде чем достигнет насыщения.

Для большей наглядности обратимся к характеристической кривой, которая представляет собой график зависимости выходного сигнала от экспозиции. На горизонтальной оси отложен двоичный логарифм облучения, получаемого сенсором, а на вертикальной – двоичный логарифм величины электрического сигнала, генерируемого сенсором в ответ на это облучение. Мой рисунок в значительной степени условен и преследует исключительно иллюстративные цели. Характеристическая кривая настоящего фотосенсора имеет несколько более сложную форму, да и уровень шума редко бывает столь высок.

На графике хорошо видны две критические переломные точки: в первой из них уровень полезного сигнала пересекает шумовой порог, а во второй – фотодиоды достигают насыщения. Значения экспозиции, лежащие между этими двумя точками, и составляют динамический диапазон. В данном абстрактном примере он равен, как несложно заметить, 5 EV, т.е. камера способна переварить пять удвоений экспозиции, что равнозначно 32-кратной (2⁵=32) разнице в яркости.

Зоны экспозиции, составляющие динамический диапазон неравноценны. Верхние зоны отличаются более высоким отношением сигнал/шум, и потому выглядят чище и детальнее, чем нижние. Вследствие этого верхняя граница динамического диапазона весьма вещественна и ощутима – клиппинг обрубает света при малейшей передержке, в то время как нижняя граница неприметным образом тонет в шумах, и переход к чёрному цвету далеко не так резок, как к белому.

Линейная зависимость сигнала от экспозиции, а также резкий выход на плато являются уникальными чертами именно цифрового фотографического процесса. Для сравнения взгляните на условную характеристическую кривую традиционной фотоплёнки.

Форма кривой и особенно угол наклона сильно зависят от типа плёнки и от процедуры её проявления, но неизменным остаётся главное, бросающееся в глаза отличие плёночного графика от цифрового – нелинейный характер зависимости оптической плотности плёнки от величины экспозиции.

Нижняя граница фотографической широты негативной плёнки определяется плотностью вуали, а верхняя – максимальной достижимой оптической плотностью фотослоя; у обращаемых плёнок – наоборот. Как в тенях, так и в светах наблюдаются плавные изгибы характеристической кривой, указывающие на падение контраста при приближении к границам динамического диапазона, ведь угол наклона кривой пропорционален контрастности изображения. Таким образом, зоны экспозиции, лежащие на средней части графика, обладают максимальным контрастом, в то время как в светах и тенях контраст снижен. На практике разница между плёнкой и цифровой матрицей особенно хорошо заметна в светах: там, где в цифровом изображении света выжжены клиппингом, на плёнке детали всё ещё различимы, хоть и малоконтрастны, а переход к чисто белому цвету выглядит плавным и естественным.

В сенситометрии используются даже два самостоятельных термина: собственно фотографическая широта, ограниченная сравнительно линейным участком характеристической кривой, и полезная фотографическая широта, включающая помимо линейного участка также основание и плечо графика.

Примечательно, что при обработке цифровых фотографий, к ним, как правило, применяется более или менее выраженная S-образная кривая, повышающая контраст в полутонах ценой его снижения в тенях и светах, что придаёт цифровому изображению более естественный и приятный глазу вид.

Разрядность

Разрядность аналого-цифрового преобразователя (АЦП) определяет максимальное количество уровней яркости цифрового изображения. У современных цифровых фотоаппаратов разрядность АЦП составляет обычно 12 или 14 бит.

Каждый дополнительный бит информации означает удвоение количества градаций яркости, которые способна запечатлеть матрица, а значит, один бит соответствует одному шагу экспозиции. Можно даже сказать, что разрядность ограничивает потенциальный динамический диапазон фотосенсора.

Следует подчеркнуть, что реальный динамический диапазон определяется, в первую очередь, свойствами самого сенсора и не зависит от разрядности. 14 бит на пиксель вовсе не эквивалентны динамическому диапазону в 14 EV. Отношение шум/сигнал не меняется в зависимости от того, во сколько бит преобразуется сигнал – 8, 12 или 14, и потому разрядность указывает лишь на теоретический максимум динамического диапазона, без учёта шумов. Эффективный же динамический диапазон будет существенно меньше заданного разрядностью, поскольку младшие разряды содержат лишь шум и фактически бесполезны.

Тем не менее, повышение разрядности является благом, даже если она не сопровождается улучшением шумовых характеристик сенсора. Чем выше разрядность, тем больше дискретных значений приходится на зоны экспозиции, лежащие выше шумового порога, а это означает большее количество цветовых оттенков и более плавные тональные переходы.

Вспомним ещё раз о линейной природе цифрового фотосенсора. Линейность заключается в том, что электрический заряд, накапливаемый фотодиодами в процессе экспонирования, прямо пропорционален полученному ими облучению. Удвоение экспозиции означает двукратное увеличение сигнала, подлежащего оцифровке. В результате каждая последующая ступень экспозиции описывается вдвое большим числом дискретных значений, чем предыдущая.

Предположим, цифровая фотокамера имеет динамический диапазон 6 EV и сохраняет RAW-файлы с разрядностью 12 бит на пиксель. 12 бит означают 2¹² или 4096 дискретных уровней яркости. Распределение значений по ступеням экспозиции в пределах эффективного динамического диапазона будет выглядеть следующим образом:

Шестая ступень	2048 уровней
Пятая ступень	1024 уровня
Четвёртая ступень	512 уровней
Третья ступень	256 уровней
Вторая ступень	128 уровней
Первая ступень	64 уровня
Шум

Вы видите, что последняя, самая яркая ступень содержит 2048 уровней яркости, т.е. половину от числа всех доступных значений. Самая же тёмная ступень содержит всего лишь 64 уровня, и попытка осветлить тени при постобработке может легко привести к возникновению постеризации.

Очевидно, что света в цифровой фотографии описываются с намного большей точностью, чем тени, что особенно критично при интенсивном редактировании снимков. Именно поэтому я советую вам, во-первых, использовать при съёмке в RAW максимальную доступную для вашей камеры разрядность (обычно это 14 бит), а во-вторых, всегда давать настолько большую экспозицию, насколько это возможно без возникновения клиппинга в светах, чтобы как можно более эффективно использовать самые полезные верхние ступени динамического диапазона (См. также: «Параметры NEF»).

Гамма-коррекция

В отличие от матрицы цифрового фотоаппарата человеческому зрению свойственен, скажем так, логарифмический взгляд на мир. Последовательные удвоения количества света воспринимаются нами как равные изменения яркости. Световые числа можно даже сравнить с музыкальными октавами, ведь двукратные изменения частоты звука воспринимаются на слух как единый музыкальный интервал. По такому принципу работают и другие органы чувств. Нелинейность восприятия очень сильно расширяет диапазон чувствительности человека к раздражителям различной интенсивности.

При конвертировании RAW-файла (не важно – средствами камеры или в RAW-конвертере), содержащего линейные данные, к нему автоматически применяется т.н. гамма-кривая, которая призвана нелинейно повысить яркость цифрового изображения, приводя её в соответствие с особенностями человеческого зрения.

При линейной конверсии изображение получается слишком тёмным.

После гамма-коррекции яркость приходит в норму.

Гамма-кривая как бы растягивает тёмные тона и сжимает светлые, делая распределение градаций более равномерным. В результате изображение приобретает естественный вид, но шум и артефакты дискретизации в тенях неизбежно становятся более заметными, что только усугубляется малым числом уровней яркости в нижних зонах.

Линейное распределение градаций яркости.

Равномерное распределение после применения гамма-кривой.

ISO и динамический диапазон

Несмотря на то, что в цифровой фотографии используется та же концепция светочувствительности фотоматериала, что и в фотографии плёночной, следует понимать, что происходит это исключительно в силу традиции, поскольку подходы к изменению светочувствительности в цифровой и плёночной фотографии различаются принципиально.

Повышение чувствительности ISO в традиционной фотографии означает замену одной плёнки на другую с более крупным зерном, т.е. происходит объективное изменение свойств самого фотоматериала. В цифровой камере светочувствительность сенсора жёстко задана его физическими характеристиками и не может быть изменена в буквальном смысле. При повышении ISO камера изменяет не реальную чувствительность сенсора, а всего лишь усиливает электрический сигнал, генерируемого сенсором в ответ на облучение и соответствующим образом корректирует алгоритм оцифровки этого сигнала.

Важным следствием этого является снижение эффективного динамического диапазона пропорционально повышению ISO, ведь вместе с полезным сигналом усиливается и шум. Если при ISO 100 оцифровывается весь диапазон значений сигнала – от нуля и до точки насыщения, то при ISO 200 уже только половина ёмкости фотодиодов принимается за максимум. С каждым удвоением чувствительности ISO верхняя ступень динамического диапазона как бы отсекается, а оставшиеся ступени, подтягиваются на её место. Именно поэтому использование сверхвысоких значений ISO лишено практического смысла. С тем же успехом можно осветлить фотографию в RAW-конвертере и получить сопоставимый уровень шумов. Разница между повышением ISO и искусственным осветлением снимка заключается в том, что при повышении ISO усиление сигнала происходит до поступления его в АЦП, а значит, шум квантования не усиливается, в отличие от собственных шумов сенсора, в то время как в RAW-конвертере усилению подлежат в том числе и ошибки АЦП. Кроме того, уменьшение диапазона оцифровки означает более точную дискретизацию оставшихся значений входного сигнала.

Кстати, доступное на некоторых аппаратах понижение ISO ниже базового значения (например, до ISO 50), отнюдь не расширяет динамический диапазон, а просто ослабляет сигнал вдвое, что равноценно затемнению снимка в RAW-конвертере. Эту функцию можно даже рассматривать как вредную, поскольку использование субминимального значения ISO, провоцирует камеру на увеличение экспозиции, что при оставшемся неизменным пороге насыщения сенсора повышает риск получить клиппинг в светах.

Истинная величина динамического диапазона

Существует ряд программ вроде (DxO Analyzer, Imatest, RawDigger и пр.) позволяющих измерить динамический диапазон цифрового фотоаппарата в домашних условиях. В принципе, в этом нет большой необходимости, поскольку данные для большинства камер можно свободно найти в интернете, например, на сайте DxOMark.com.

Стоит ли верить результатам подобных испытаний? Вполне. С той лишь оговоркой, что все эти тесты определяют эффективный или, если можно так выразиться, технический динамический диапазон, т.е. отношение между уровнем насыщения и уровнем шума матрицы. Для фотографа же в первую очередь важен полезный динамический диапазон, т.е. количество зон экспозиции, которые действительно позволяют запечатлеть какую-то полезную информацию.

Как вы помните, порог динамического диапазона задан уровнем шумов фотосенсора. Проблема в том, что на практике нижние зоны, формально уже входящие в динамический диапазон, содержат всё ещё слишком много шума, чтобы их можно было с толком использовать. Здесь многое зависит от индивидуальной брезгливости – приемлемый уровень шума каждый определяет для себя сам.

Моё субъективное мнение таково, что детали в тенях начинают выглядеть более-менее прилично при отношении сигнал/шум не меньше восьми. На этом основании я определяю для себя полезный динамический диапазон, как технический динамический диапазон минус примерно три ступени.

К примеру, если зеркальная камера согласно результатам достоверных тестов обладает динамическим диапазоном в 13 EV, что очень неплохо по сегодняшним меркам, то её полезный динамический диапазон будет составлять около 10 EV, что, в общем-то, тоже весьма недурно. Разумеется, речь идёт о съёмке в RAW, с минимальным ISO и максимальной разрядностью. При съёмке в JPEG динамический диапазон сильно зависит от настроек контраста, но в среднем следует отбросить ещё две-три ступени.

Для сравнения: цветные обращаемые фотоплёнки обладают полезной фотографической широтой в 5-6 ступеней; чёрно-белые негативные плёнки дают 9-10 ступеней при стандартных процедурах проявления и печати, а при определённых манипуляциях – вплоть до 16-18 ступеней.

Практические рекомендации

Подытоживая вышесказанное, попробуем сформулировать несколько простых правил, соблюдение которых поможет вам выжать из сенсора вашей камеры максимум производительности:

• Динамический диапазон цифрового фотоаппарата в полной мере доступен только при съёмке в RAW.
• Динамический диапазон уменьшается с ростом светочувствительности, а потому избегайте высоких значений ISO, если в них нет острой необходимости.
• Использование более высокой разрядности для RAW-файлов не увеличивает истинный динамический диапазон, но улучшает тональное разделение в тенях за счёт большего количества уровней яркости.
• Exposure to the right. Верхние зоны экспозиции всегда содержат максимум полезной информации при минимуме шумов и должны использоваться наиболее эффективно. При этом не стоит забывать и об опасности клиппинга – пиксели, достигшие насыщения, абсолютно бесполезны.

И главное: не стоит излишне переживать по поводу динамического диапазона вашей камеры. С динамическим диапазоном у неё всё в порядке. Ваше умение видеть свет и грамотно управлять экспозицией – намного важнее. Хороший фотограф не станет жаловаться на недостаток фотографической широты, а постарается дождаться более комфортного освещения, или изменит ракурс, или воспользуется вспышкой, словом, будет действовать в соответствии с обстоятельствами. Я вам скажу больше: некоторые сцены только выигрывают из-за того, что не укладываются в динамический диапазон камеры. Часто ненужное обилие деталей просто необходимо спрятать в полуабстрактный чёрный силуэт, делающий фотографию одновременно лаконичнее и богаче.

Высокий контраст это не всегда плохо – нужно лишь уметь с ним работать. Научитесь эксплуатировать недостатки оборудования так же, как и его достоинства, и вы удивитесь, насколько расширятся ваши творческие возможности.

Спасибо за внимание!

Василий А.

Post scriptum

Если статья оказалась для вас полезной и познавательной, вы можете любезно поддержать проект, внеся вклад в его развитие. Если же статья вам не понравилась, но у вас есть мысли о том, как сделать её лучше, ваша критика будет принята с не меньшей благодарностью.

Не забывайте о том, что данная статья является объектом авторского права. Перепечатка и цитирование допустимы при наличии действующей ссылки на первоисточник, причём используемый текст не должен ни коим образом искажаться или модифицироваться.

Желаю удачи!

Дата публикации: 12.04.2014

Вернуться к разделу «Матчасть»

Перейти к полному списку статей