Измеритель уровня звука

Аналоговый VU-измеритель

Измеритель уровня звука — измерительный прибор, применяемый в звукотехнике для определения уровня звукового сигнала. Звук измеряется в децибелах (дБ). Это логарифмические единицы, которые хорошо отражают характеристику слуха, поскольку слух человека ощущает только относительные изменения акустического давления.

Единицы измерения

Измерение уровня в децибелах означает сравнение данного измеряемого уровня с неким опорным «нулевым» уровнем, обозначенным как 0 дБ. Таким образом, обозначение «0 дБ» — это так называемый «относительный нулевой» уровень, указывающий лишь на то, что уровень данного сигнала точно равен некоему уровню, условно принятому для данной точки тракта в качестве опорного, номинального. Уровень, превышающий опорный, обозначается в децибелах со знаком «плюс» (например, +3 дБ), а меньший опорного — в децибелах со знаком «минус» (например, −6 дБ).

В студиях вещания и звукозаписи принято использовать величину дБu. В этом случае измеряемое напряжение сравнивается с так называемым абсолютным нулевым уровнем. Это напряжение принимается равным 0,775 В. Эта немного неудобная для запоминания цифра пришла в студийную практику из тех областей звукотехники, где для оценки уровня сигнала важнее измерять не его напряжение, а электрическую мощность. И тогда можно было бы уровень оценивать в единицах дБm, сравнивая данную мощность с опорной, за которую принимается 1 мВт на сопротивлении 600 Ом. (Такое сопротивление характерно, например, для медной телефонной линии связи).

В области акустических измерений пользуются теми же децибелами, но уже для обозначения уровня звукового давления (SPL). В этом случае за опорную величину 0 дБ SPL принимается звуковое давление, равное 2 × 10⁻⁵ Па, то есть звук, соответствующий порогу слухового ощущения. А уровень мощности акустического сигнала, соответствующий этому порогу, измеряют в дБ PWL по отношению к опорной величине, равной 10⁻¹² Вт.

В цифровой звукотехнике широко используется оценка уровня в единицах дБFS, то есть выраженными в децибелах величинами сигнала по отношению к полной шкале измерительного прибора (FS — Full Scale). В таком случае аналоговый опорный уровень 0 дБu будет равен цифровому значению −18 дБFS (согласно EBU R68 для России и некоторых стран Европы).

Типы измерителей уровня звука

Выделяют три типа измерителей уровня звука:

• измеритель средних значений (VU-meter, или «волюметр») — изначально аналоговый стрелочный прибор, динамические характеристики которого определяются инерционными параметрами стрелочного индикатора. Был разработан в 1939 году Bell Labs, CBS и NBC для измерения и стандартизации уровней в телефонных линиях. В последнее время такие измерители часто делаются не со стрелочными индикаторами, а со светодиодными или иными световыми указателями. Постоянная времени измерительной схемы для этого типа измерителей уровня составляет 300 миллисекунд, что наиболее приближенно отражает субъективно воспринимаемую человеком громкость.

• измеритель действующих значений (RMS, среднеквадратичный) показывает величину напряжения, пропорциональную реальной долговременной мощности сигнала, его «тепловой эквивалент». Лучшие RMS-измерители построены с использованием термопреобразователей — исследуемое напряжение нагревает термоэлемент, по температуре которого и судят о величине напряжения. В связи с излишней инерционностью, применяют для измерения уровня шумов.

• пиковый измеритель(PPM):

• точный пиковый измеритель (True PPM) — отражает точные пиковые значения уровня независимо от длительности звукового сигнала.
• квазипиковый измеритель (QPPM) — показывает пиковые значения уровней сигнала, превышающие заданную длительность времени интеграции. Значения меньшей длительности, чем время интеграции будут отображаться с меньшим уровнем, чем при измерении True PPM. Квазипиковый измеритель должен иметь время интеграции 5 миллисекунд.
• выборочный пиковый измеритель (SPPM) — измеритель для цифровой звукозаписи, который показывает значения выборки цифрового сигнала. Может иметь одновременно характеристики точного и квазипикового измерителя.

Время интеграции — это величина, характеризующая быстродействие измерителя. Определяется длительностью такой одиночной тональной посылки, при которой указатель индикатора доходит до отметки в −2 дБ. Время возврата — это время, за которое указатель индикатора после отключения от его входа сигнала номинального уровня опускается до отметки в −20 дБ. В отличие от квазипиковых, у VU-измерителей нет двух разных времен интеграции и возврата, а есть только одно, одинаковое для обоих направлений перемещения указателя, оно называется постоянной времени. В механических (стрелочных) приборах это время определяется конструктивными особенностями их подвижной системы.

С появлением светодиодных индикаторов появилась возможность совмещать VU или RMS и пиковые измерители на одной шкале. Также применение светодиодов позволило удерживать индикацию максимального значения «точкой», называемой Peak Hold. Из-за достаточно большого времени её зависания (1—3 с) нет необходимости постоянно следить за индикатором.

См. также

• Микшерный пульт
• Клиппинг (аудио)
• Дискретный шкальный индикатор

Литература

• Михаил Чернецкий Контрольно-измерительное оборудование // Звукорежиссер : журнал. — 2000. — № 3.
• Михаил Чернецкий Что мы измеряем? // Звукорежиссер : журнал. — 1998. — № 0.
• Владимир Островский Регулирование уровней // Звукорежиссер : журнал. — 1999. — № 3.
• Борис Меерзон Регулировка уровня сигнала в записи и вещании // Звукорежиссер : журнал. — 2005. — № 8.