Звіт з науково-дослідної роботи на тему: “Моделювання фізіологічного регулятора тембру”, страница 2

Відповідно кривим рис. 1,в вухо сприймає звуки в приміщенні, на відкритій місцевості, в любій обстановці, і звучання сприймається природно, якщо обстановка природна. Регулятор тембру звукопідсилюючого приладу трудно вважати елементом природної обстановки, оскільки натуральні сигнали, спектр яких перетворений РТ, вже не буде сприйматися так само, як у відсутності РТ. Другими словами, АЧХ системи РТ-орган слуху суттєво відрізняється від природних АЧХ (рис. 1,в), завдяки цьому і звучання далеке від природного.

Чи можливо найти такий закон регулювання тембру, який не спотворював би вигляд залежностей на рис. 1,в. Для цього від РТ потрібна така корекція, яка б криву для l=60дБ, переводила, наприклад, в криву l=80дБ, криву l=80дБ - l=100дБ і так далі. Тобто під дією РТ система РТ – АФ повинна перемикатись з одної АЧХ на іншу, подібно до того, як один АФ робить це в природних умовах при змінах УЗД. Змінивши таким чином рівень НЧ і ВЧ відносно 1кГц, можливо було б заставити слух повірити що йому пропонується натуральне звучання, оскільки амплітуди спектральних компонентів сигналу знаходилися б в звичному співвідношенні, хоча й при іншій гучності.

Для регулювання тембру важливі не стільки АЧХ слуху самі по собі, скільки різниця між ними (наскільки змінюється АЧХ при переході від одного УЗД до іншого). Для відповіді на поставлене вище запитання розглянемо наведені на рис. 2 частотні залежності різниці (в децибелах) між значеннями K (f, l) для приймаємих за опорний УЗТ рівнів l, рівних послідовно, наприклад, 40, 60 і 100дБ, і значеннями K (f, l) для других УЗТ. Ці залежності випливають з рис.1,в. Всі криві повинні проходити через точку (1кГц – 0дБ), але деякі з них для більшої наочності ненабагато зсунуті по вертикалі від свого дійсного положення. Добре помітно, що вони мають однаковий характер в широкому діапазоні інтенсивності звука, що спрощує шуканий закон корекції. За суттю, рис. 2 показує, якими повинні бути зміни АЧХ системи РТ–АФ  при регулюванні тембру, зберігаючи природність звучання.

Розглянемо для прикладу, які зміни АЧХ системи РТ-АФ при взаємодії з органом слуха традиційного РТ низьких частот [2,стр.30], асимптотична ЛАЧХ якого горизонтальна від нульової частоти до частоти перехода f_п  (рис. 3,а), після якої вона убуває з наклоном – 20 дБ/дек. в бік високих частот до частоти вирівнювання f_в. Так як РТ підключено до АФ, а АЧХ останнього залежить від ЗТ звуку який надходить, то результуюча АЧХ системи РТ-АФ не визначається просто добутком коефіцієнтів передачі РТ і АФ (як в лінійних системах), яке можна знайти додаванням відповідних ординат графіків рис. 2 і рис. 3,а (при логарифмічному масштабі добуток замінюється сумою). Так допустимо поступати тільки, щоб представити наближений вид результуючої АЧХ і при невеликій глибині регулювання .

При точному розрахунку необхідно звертати увагу не тільки на форму АЧХ, але й відповідний до неї УЗТ. Для цього кожну криву рис. 2 потрібно змістити по вертикалі на величину, рівну різниці між нею і опорною АЧХ, яка служить початком відліку. Той самий результат, показано на рис. 3,б штриховими лініями, випливає також і з рис. 1,б, якщо побудувати залежності від різниці  УГ між опорною АЧХ і АЧХ для других УЗТ. Отримаємо частотні залежності (штрихові криві на рис. 3,б) відносно рівня вихідного сигналу АФ для різних l (без РТ). Очевидно, що ЗТ на виході на виході АФ рівна K(f, l), де P_l – ЗТ сигнала на вході АФ, УЗТ якого дорівнює l. В якості опорного рівня для рис. 3 взято УЗТ=60дБ, який утворено на вході АФ за відсутністю РТ (йому відповідає ЗТ, рівне P₆₀).

В цих координатах легко побудувати результуючі відносні АЧХ, системи РТ-АФ. Процедура заключається в знаходженні кривих АЧХ, які відповідають рівням підйому сигналу регулятором тембру над вихідним УЗТ для різних частот, і потім – в знаходженні значень, які приймають ці криві для тих же частот (допоміжні тонкі прямі лінії на рис. 3,б). Добре помітно, наскільки сильно загальні АЧХ при такому РТ (суцільні товсті ламані лінії на рис. 3,б) відрізняються від дійсних. Неважко побудувати подібні АЧХ і для інших типів РТ і впевнитись, що вони теж сильно спотворюють природні АЧХ слуху.

За причиною, про яку нагадувалось вище, рис. 2 ще не дає безпосередньо шукані АЧХ фізіологічного регулювання тембру. щоб отримати останні, його криві потрібно привести до вигляду рис. 3,б тобто за результуючою АЧХ системи РТ-АФ (наприклад суцільна тонка крива на рис. 3,в, яка співпадає за формою з кривою l=100дБ на рис. 2,б) отримати АЧХ РТ. Процедура полягає у слідуючому:

·  знайти точку перетину загальної АЧХ з будь-якою АЧХ АФ (штрихові лінії). Ордината цієї точки рівна підйому УЗТ на виході системи РТ-АФ на даній частоті f;

·  знайти перетин вертикалі, яка опускається з цієї точки, з горизонталлю, яка проходить на рівні ЗТ, яка відповідає тій же АЧХ. В результаті отримаємо точку, яка дає підйом на УЗТ регулятором тембру на вході АФ, яка визиває даний підйом УЗТ на вході системи РТ-АФ. Сукупність отриманих точок і дає шукану АЧХ РТ (штрих пунктирна лінія на рис. 3,в). За виглядом вона схожа на АЧХ АФ, але з меншою крутизною на низьких частотах;