Применение цифровых магнитофонов и комплектов цифровой записи звука

Цифровые магнитофоны и комплекты цифровой записи с использованием .видеомагнитофонов позволяют осуществить запись, воспроизведение, переза­пись и электронный монтаж звуковых программ с сохранением высокого качества сигналов при десятикратном последовательном копировании. Основные преимущества цифровой звукозаписи в наибольшей степени проявляются при профессиональном ее применении: в тонателье, студиях грамзаписи, в аппаратностудийных комплексах радиовещания и телевидения, в кинопроизводстве.

В быту используют простейшие операции — запись, воспроизведение и пе­резапись программ или отдельных фрагментов. В этом случае потребителю не требуется никакое дополнительное оборудование.

Запись цифровых фонограмм-оригиналов. В студиях грамзаписи, радиове­щания, телевидения, в киностудиях процесс подготовки программ начинается с записи фонограмм-оригиналов.

Сигналы от микрофонов , расположен­ных в зале студии, поступают на микшерный пульт звукорежиссера . Звуко­режиссер производит микширование, предварительный баланс звука, приходя­щего от различных источников (от различных групп инструментов, солистов, хора), и осуществляет запись сигналов на многоканальный цифровой магни­тофон (МЦМ)5 и (или) на цифровые магнитофоны (ЦМ)  либо на комп­лекты цифровой записи звука с использованием видеомагнитофонов . В слу­чае использования аналогового микшерного пульта аналого-цифровое преобра­зование сигналов производится в цифровых магнитофонах. Техническое каче­ство записанного сигнала определяется аналоговой частью оборудования сту­дии (от микрофонов до выхода микшерного пульта).

 Несравненно более высокое качество записанных оригиналов может быть получено в полностью цифровых студиях Цифровой сигнал образу­ется непосредственно на выходах цифровых микрофонов , на выходе элект­ронных музыкальных инструментов или синтезаторов музыки . Сигнал от циф­ровых источников звука поступает на входы цифрового микшерного пульта (ЦМП)  и после коррекции и микширования поступает далее для записи «а многоканальный цифровой магнитофон  и (или) на цифровые магнитофоны  или комплекты . Обработка сигнала в цифровом микшерном пульте (усиление, микширование и амплитудно-частотная коррекция) производится в цифровой форме.

Операция усиления сводится к умножению цифровых слов каждого отсче­та звукового сигнала на коэффициенты. Для микширования используется опе­рация сложения слов отсчетов, умноженных на коэффициенты, изменяющиеся либо автоматически по определенному закону, либо в соответствии с измене­нием положения движка регулятора уровня, перемещаемого вручную звуко­режиссером.

Более сложная обработка — цифровая фильтрация с использованием быст­рого преобразования Фурье (БПФ) — предполагает многократные операции сложения и умножения двоичных чисел для нахождения коэффициентов разло­жения сигнала в ряд Фурье, перемножения коэффициентов на дискретные зна­чения коэффициента передачи фильтра и для обратного преобразования Фурье.

 Подготовка цифровых звуковых программ. Для подготовки звуковых про­грамм в цифровых студиях грамзаписи и радиовещания используют цифровые стереофонические  и многоканальные  магнитофоны и (или) комплекты циф­ровой записи  для воспроизведения оригиналов и цифровые магни­тофоны  или комплекты  для записи и электронного монтажа звуковой про­граммы. Монтаж осуществляется с помощью цифрового микшерного или мон­тажного пульта . К пульту подсоединены цифровые устройства спецэффек­тов  (линии задержки, ревербераторы, синтезаторы) и дополнительные ис­точники сигналов.

На фонограммах-оригиналах помимо звукового сигнала записан сигнал временного и управляющего 80-битного кода. Для их записи используют бичас-тотный код. Поиск необходимых фрагментой фонограмм на воспроизводящих магнитофонах производится по записанным на дорожке временного кода зна­чениям текущего времени либо автоматически по заданной программе, либо вручную с пульта монтажа. Грубый монтаж «вставка» и «продолжение» осу­ществляется по 80-битному коду с точностью до 40 мс. Сглаживание разных переходов сигнала в точке монтажа достигается плавным уменьшением значе-«ий отсчетов одного из записываемых сигналов и увеличением значений отсче­тов другого сигнала.

 Тонкий вид работ — электронное редактирование речевой или музыкальной фразы — требует более высокой точности определения точки монтажа. Пульт электронного монтажа обеспечивает эту возможность. Он содержит входной усилитель , устройство памяти , интерполятор , устройство управ­ления адресами ЗУ блока памяти и управляемый генератор импульсов. В па­мять записываются цифровые сигналы монтируемых фрагментов программы (несколько секунд до и после предполагаемой точки монтажа, предваритель­но определенной по временному коду) и сигналы временного кода. Затем про­изводят синхронный откат (перемотку ленты назад на небольшой интервал) записывающего и воспроизводящих магнитофонов. (Синхронное перемещение ленты на магнитофонах достигается благодаря управлению по 80-битному ко­ду.) После этого медленно перемещают ленту вручную или с помощью специального регулятора, расположенного на монтажном пульте и связанного с управляемым генератором импульсов . При этом из запоминающего устройства 2 считывается записанный сигнал программы в соответствии с адресами,, задаваемыми устройством управления адресов 5. Каждый импульс генера­тора  изменяет адрес считывания на единицу. Вращая регулятор в ту или иную сторону, можно, перебирая все адреса памяти, найти необходимую точку монтажа с высокой точностью.

 После нахождения требуемой точки монтажа нажатием кнопки вводят в ЗУ код адреса этой точки. Начиная с этого адреса, производится интерполя­ция отсчетов, записанных в памяти монтируемых сигналов. Полная замена од­ного сигнала другим может производиться с различной скоростью (обычно от 1 до 100 мс), задаваемой оператором или по программе. При последующем откате и включении режима монтажа на ленту записывается сигнал, считывае­мый из ЗУ, интерполированный по заданному закону, начиная с заданной точ­ки. Точность электронного монтажа обычно составляет сотни микросекунд.

Примерами подобных монтажных пультов служат пульт DAE-1100 фирмы Sony (Япония) для комплекта цифровой записи, состоящего из цифрового преобразователя РСМ-1610 и видеомагнитофона, и пульт ХЕ-1 фирмы AEG-Telefunken (ФРГ) для цифровых магнитофонов МХ-80 (МХ-80А),

Выдача цифровых радиопрограмм в эфир. Аппаратно-программные блокк содержат несколько воспроизводящих цифровых магнитофонов с под-готовленными программами, другие источники программ  (проигрыватель цифровых фонограмм на дисках, микрофон диктора и пр.) и цифровой ком­мутатор  . Цифровым коммутатором осуществляется автоматический устапов программ на начало и автоматическое включение магнитофонов в нужной очередности и соответствующая коммутация воспроизводимых цифро­вых сигналов. «Вывод» заканчивающейся и «Ввод» начинающейся программы производится с плавной интерполяцией отсчетов. Управление осуществляется по программе или вручную с использованием 80-битного временного и управ­ляющего кода.

Цифровой сигнал с выхода коммутационного пульта в виде кода студии перед вводом в цифровую сеть связи вначале преобразуется в код линии в транскодере или передискретизаторе . После этого сигнал радиопрограммы в виде кода линии поступает в объединитель цифровых потоков , где объеди­няется с другими сигналами в соответствии с иерархией группообразования цифровых сетей связи. Далее сигнал поступает в передатчик наземной  или спутниковой  линии связи. Он может быть также подан в УКВ передатчик для местного вещания.

 Особенности использования цифровых магнитофонов в телевидении и ки­нематографии. Цифровые сигналы звука в студиях. Запись оригиналов и под­готовку звуковой части программ в телевидении и кинопроизводстве произво­дят так же, как и в студиях грамзаписи и радиовещания Единственным, но весьма существенным отличием технологии подготовки зву­ковых программ в телевидении и кино от подготовки программ в радиовеща­нии и грамзаписи является необходимость синхронности изображения и зву­ка. Для обеспечения возможности синхронизации сигналов изображения и, звука необходимо, чтобы на законченный фрагмент телевизионного или ки­ноизображения приходилось целое число фрагментов звука.

Частота дискретизации звука 48 кГц, выбранная для студий радиовещания и телевидения, принципиально обеспечивает выполнение этого условия для, 625-строчного телевидения и кино. Действительно, на один телевизионный кадр изображения приходится ровно 1920 отсчетов звука, на один кинокадр —  2000 отсчетов. На пять кадров 525-строчного телевидения приходится 8008 отсчетов. Таким образом, синхронная коммутация изображения и звука воз­можна каждый кадр 625-строчного телевидения и кино и через пять кадров. 525-строчного телевидения.

Для синхронной с изображением коммутации кодированных и сигналов звука необходимо, чтобы на один фрагмент изображения приходилось целое число кодированных блоков. Если каждый из кодовых блоков будет содер­жать лишь один отсчет звукового сигнала, он будет слишком перегружен служебной информацией идентификации и управления и избыточность кода будет слишком велика. Чем больше длина кодового блока (по количеству от­счетов), тем меньше избыточность кода из-за служебной информации. С дру­гой стороны, желательно, чтобы кодированный фрагмент звука был в одина­ковой степени пригоден для любого студийного применения (для любой из систем телевидения, кино, радиовещания и грамзаписи). Фрагмент максималь­ной длительности, пригодный для всех применений, содержит 8 отсчетов зву­кового сигнала (1920, 2000 и 8008 делятся на 8 без остатка). Другие универ­сальные по применимости фрагменты содержат 4, 2 и 1 отсчет.

Таким образом, универсальность кодов студий может быть обеспечена применением кодов, основанных на использовании фрагментов, длительностью в 1, 2, 4 или 8 отсчетов. Минимальная избыточность кодов при прочих равных условиях будет у кода, основанного на фрагменте в 8 отсчетов.Желательно, чтобы кодированный фрагмент содержал целое число битов на интервале в 8 отсчетов. Кроме того, целесообразно, чтобы тактовая частота сформированного кода была связана целочисленным соотношением с одной из основных частот телевидения. Универсальной частотой телевидения можно считать частоту 216 МГц (частота информационных бит при последователь­ной передаче сигналов цифрового телевидения) или частоту 27 МГц (часто­та информационных бит при параллельной передаче сигналов цифрового теле­видения). Существует ряд тактовых частот для кода звукового сигнала, удов­летворяющий перечисленным условиям: 0,96; 1,0; 1,08; 1,125; 1,2; 1,35; 1,5; 1,6; 1,6875; 1,728; 1,8; 2,0; 2,16; 2,25; 2,4; 2,7; 2,88; 3,0; 3,375; 3,6 МГц.

Коды звуковых сигналов студий, основанные на использовании фрагмен­тов универсальной длительности, с тактовыми частотами, выбранными из ука­занного ряда, оказываются универсальными при любом профессиональном студийном применении.

Следует отметить, что коды студии, используемые японскими, западно--европейскими фирмами в аппаратуре,  отвечают лишь первой части перечисленных требований длительность фрагмента равна одно­му отсчету, что обеспечивает универсальность Тактовые же частоты связаны удобными соотношениями не с частотами цифрового телевидения, а с часто­той цифровой сети связи (2048 кГц) и составляют 3072 кГц. При этом пред­полагаются синхронный ввод цифровых сигналов в аппаратуру связи и асин­хронный ввод в студийную аппаратуру телевидения. Последнее обстоятельст­во несколько усложняет устройства сопряжения цифровых магнитофонов для телевидения.

Цифровые сигналы в магнитофонах для телевидения. Соображения, ка­сающиеся кодов студий, в такой же степени относятся и к кодам цифровой за­писи, т. е. синхронный монтаж изображения будет обеспечен одинаковыми и простыми средствами для всех профессиональных применений, если коды за­писи будут сформированы на основе фрагментов длительностью в 1, 2, 4 или 8 отсчетов. В противном случае не достигается универсальность применения цифровой аппаратуры магнитной записи. Желательно использование тактовых частот, указанных ранее.

В качестве примера рассмотрим комплект цифровой записи звука с касеетным видеомагнитофоном U-формата и цифрового преобразователя РСМ 1610 фирмы Sony. В случае использования этого комплекта в телевизионных студиях, рассчитанных на систему телевидения НТСЦ (525 строк, 60 полей/с), никаких затруднений коммутации и монтажа цифровых фонограмм не возни­кает. В то же время использование этого комплекта для еинхронной комму­тации и монтажа в студиях, рассчитанных на другие системы телевидения — СЕКАМ и ПАЛ (625 строк, 50 полей/с), вызывает серьезные затруднения. При использовании стандартной частоты дискретизации 48 кГц частота полей ква­зителевизионного сигнала оказывается равной 65,31 Гц. Отличие этой частоты от стандартной частоты полей указанных систем (50 Гц) весьма затрудняет управление видеомагнитофоном, входящим в комплект записи звука, в син­хронном с видеомагнитофонами для сигнала изображения режиме. При этом значительно затруднены синхронная коммутация и синхронный монтаж. Осу­ществление же дополнительных цифро-аналоговых и аналого-цифровых пре­образований для достижения совместимости звуковых сигналов приводит к дополнительным искажениям сигнала и ухудшению отношения сигнал-шум.

Таким образом, в цифровых магнитофонах и цифровых комплектах записи звука с применением видеомагнитофонов желательно использовать универ­сальные коды.

Метрологическое обеспечение аппаратуры цифровой записи звука. Для измерения сигналов программы и для контроля состояния аппаратуры тради­ционно используется измерительная аппаратура, рассчитанная на аналоговую студийную аппаратуру. При цифровой звукозаписи и цифровой обработке сиг­налов требуются некоторые поправки к существующим методам измерения.

Превышение сигналом виртуальных порогов аналого-цифрового преобра­зования приводит к появлению биений в декодированном сигнале. Даже ко­роткие пики в исходном сигнале программы могут привести к заметным ис­кажениям выходного (на выходе ЦАП) сигнала. Поэтому измеритель уровня, используемый для порогового ограничения либо для контроля уровня на вхо­де АЦП, должен быть пиковым.Измерение шума может проводиться известным методом в соответствии с Рекомендацией МККР 468-3: измеряются взвешенные значения шума (кривая взвешивания имеет подъем 6 дБ/окт до частоты 6,8 кГц и спад 12 дБ/окт на более высоких частотах, пересечение «О дБ» происходит на частоте 1 кГц); показывающий прибор — квазипиковый.

Измерение действующего значения сигнала к шуму, измеренному этим методом для случая, когда имеется запас на перегрузку с учетом пиков про­граммы, дает реальное значение для музыкальных программ, близкое к 75 дБ (вместо максимального значения, полученного для синусоидального сигнала максимального уровня и шума, измеренного измерителем действую­щих значений, равного 98 дБ).Измерение нелинейных (гармонических и интермодуляционных) искажений полезно проводить не только при максимальных или номинальных уровнях сигнала, но и в условиях наибольшей чувствительности уха к этим искаже­ниям, т. е. при уровне на 20 — 30 дБ ниже номинального. Кстати, в этих усло­виях искажения квантования приближаются к значению 0,1 — 0,3% относи­тельно сигнала.

Измерение коэффициента детонации может быть исключено из перечня обязательных измерений для цифровых видеомагнитофонов.

Условия эксплуатации цифровых магнитофонов. Наибольшее влияние на воспроизводимый с цифрового магнитофона сигнал оказывают ошибки, выз­ванные выпадениями. Поэтому при эксплуатации цифровых магнитофонов сле­дует по возможности исключить причины, вызывающие выпадения. Наиболее частой причиной выпадений (кроме дефектов ленты, которые устранить во время эксплуатации невозможно) является скопление пыли и грязи на рабо­чем слое ленты и на рабочей поверхности головок. Профилактическими мера­ми по уменьшению загрязненности ленты и головки являются:

обеспыливание помещений, в которых эксплуатируются магнитофоны и хра нится лента, путем надежной фильтрации воздуха в кондиционерах, влажной уборки в помещениях и запрещения курения в этих помещениях;

использование ленты в кассетах;

применение приспособления, очищающего ленту в тракте цифрового маг­нитофона;

периодическая очистка продолжительно эксплуатируемых лент;