Фаза сигнала в чем измеряется
Сигнал и его основные характеристики
Сигнал – это средство передачи информации из одного пункта в другой. Потребность в передаче информации существовала уже довольно давно. Одним из первых способов передачи информации без участия человека или животных в качестве переносчика – это сигнальные костры. Информация о какой-либо опасности передавалась посредствам последовательного разведения костров от одного сторожевого поста к другому.
Мы будем рассматривать способ передачи информации с помощью электромагнитных сигналов, т.е. электросвязь. Это способ связи предусматривает передачу информации за счет изменения какого-либо параметра несущего электрического сигнала. Данный процесс получил название модуляции. В простейшем случае в качестве несущего сигнала выступает синусоида (sin(x)). Максимально упрощенно, синусоида представляет собой плавное изменение напряжения в проводнике от некоего минимума до некоего максимума циклически с определенным интервалом (периодом). Любой сигнал, равно как и синусоида, обладают тремя основными параметрами: амплитудой, частотой и фазой.
Основные характеристики сигнала
Амплитуда – это максимальное отклонение напряжения сигнала от нулевого порога в область положительных или отрицательных значений. Представляет собой пределы, в которых изменяется сигнал. Амплитуда обычно измеряется в Вольтах (В). Если амплитуда будет слишком большой, то проводник может перегреться и выйти из строя. При недостаточном напряжении сигнал будет затухать в проводнике слишком быстро и не достигать получателя.
Частота – это количество колебаний сигнала в единицу времени. Для стандартизации принято в качестве единицы времени используется одна секунда. Единицей измерения частоты служит Герц (Гц). Один Герц соответствует одному колебанию сигнала в секунду. Если, например, говорят о 100 Гц, то подразумевают, что сигнал совершил 100 последовательных переходов из максимального в минимальное значение и в обратном направлении. Величиной обратной частоте является период, который показывает задержка времени между соседними значениями сигнала равной величины (например, максимальными значениями).
Фаза показывает, из какого первоначального значения начинает изменяться синусоида. Фаза измеряется в градусах или радианах. Если речь идет о градусах, то значение фазы может быть в пределах от 0 до 360. Фаза 0 градусов означает, что сигнал начинает изменяться от 0В к максимальному значению, 90 градусов – от максимального значения к минимальному, 180 градусов – от 0В к минимальному значению, а 270 – от минимального к максимальному. Исходя из этого не сложно представить себе другие промежуточные значения фазы.
Для передачи сигнала используются каналы связи. Канал связи – это путь прохождения сигнала. Канал связи организовывается в какой-либо линии связи: в металлическом или оптическом кабеле, свободном пространстве (в т. ч. и космосе) или какой либо другой среде.
Основной принцип электросвязи заключается в том, что сигналы не несут информацию сами по себе. Они несут информацию лишь из-за того, что источник и приемник информации условились, что изменение какого-либо параметра несущего сигнала будет означать для другой стороны какую либо информацию. Исходя из этого, становиться очевидным, что наибольшая проблема в процессе передачи информации заключается в возможном мешающем воздействии (предумышленном или случайном) с внешней стороны на среду передачи сигнала. В качестве такого воздействия могут выступать электромагнитные наводки других линий связи, воздействия от промышленного и бытового оборудования, злоумышленные действия третьих лиц и т.п. Чтобы избавиться от внешнего воздействия используют различные способы защиты: шифрование, кодирование, специальные методы модуляции, экранирование линий связи и т.п. Однако полностью избавиться от мешающих воздействия обычно не удается, поэтому говорят о различных показателях качества передачи: число ошибок в секунду, максимальное число подряд идущих ошибок и т.п. Для различных назначений выбирают разные по качеству каналы связи и способы защиты.
При использовании материалов ссылка на сайт обязательна
Фаза сигнала
Фа́за колеба́ний — аргумент периодической функции 
или 
описывающей гармонический колебательный процесс ( ω — угловая частота, t— время, 
— начальная фаза колебаний, то есть фаза колебаний в начальный момент времени t = 0).
Фаза обычно выражается в угловых единицах (радианах, градусах) или в циклах (долях периода):
1 цикл = 2π радиан = 360°
Строго говоря, этот термин относится только к колебаниям, но его также применяют и к другим периодическим и квазипериодическим процессам.
См. также
Смотреть что такое «Фаза сигнала» в других словарях:
фаза сигнала цветности — — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN colour phase … Справочник технического переводчика
фаза сигнала цветности — spalvio signalo fazė statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. chrominance signal phase vok. Chrominanzsignalphase, f rus. фаза сигнала цветности, f pranc. phase du signal de chrominance, f … Radioelektronikos terminų žodynas
фаза сигнала синхронизации цветности — spalvio signalo sinchronizavimo fazė statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. burst phase vok. Hilfsträgerphase des Farbsynchronsignals, f rus. фаза сигнала синхронизации цветности, f pranc. phase du signal de synchronisation de… … Radioelektronikos terminų žodynas
фаза синхронизирующего сигнала — — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN clock phase … Справочник технического переводчика
фаза символа — Состояние, при котором символьный цикл местной синхронизации полностью совпадает с символьным циклом принимаемого сигнала. (МСЭ R F.342 2). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN… … Справочник технического переводчика
фаза цвета — Временные соотношения в видеосигнале, измеряемые в градусах и отвечающие за корректность тонов цветового сигнала. [http://www.vidimost.com/glossary.html] Тематики телевидение, радиовещание, видео EN color phase … Справочник технического переводчика
Фаза колебаний — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей. У этого термина существуют и другие значения, см. Фаза … Википедия
фазовый угол сигнала — фаза сигнала В комплексной плоскости это угол между вектором, соответствующим сигналу, и вектором, соответствующим опорному направлению. Ориентация опорного направления определяется рабочей процедурой. [Система неразрушающего контроля. Виды… … Справочник технического переводчика
Дифференциальная фаза — 132. Дифференциальная фаза D. Rifferentielle Phase E. Differential phase F. Phase différentielle Изменение фазы сигнала цветности при изменении мгновенного значения сигнала яркости Источник: ГОСТ 21879 88: Телевидение вещательное. Термины и… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
дифференциальная фаза — Изменение фазы сигнала цветности при изменении мгновенного значения сигнала яркости. [ГОСТ 21879 88] дифференциальная фаза Изменение фазы поднесущей видеосигнала, вызванное изменением уровня яркости сигнала. Цветовые тона сцены меняются вместе с… … Справочник технического переводчика
Гари Дэвис, Ральф Джонс
Мы начинаем публикацию большого курса, в котором последовательно будут рассмотрены наиболее важные теоретические вопросы, возможности и особенности различной аудиотехники, а также современные устройства для работы со звуком. В первой главе рассказывается о аудиосигнале, звуковых волнах и принципах работы звукоусилителной аппаратуры.
Введение
Профессиональная звукоусилительная аппаратура, как правило, сложнее обычных домашних стереосистем, поэтому, чтобы научиться правильно ее использовать, нужно хорошо разбираться в принципах ее работы.
Данный курс даст те знания, которые помогут не только надлежащим образом работать с системами усиления звука, но и позволят научиться собирать такие системы самостоятельно.
Глава 1
1.1 Аудиосигнал
Звуковые волны
Полный период колебания волны звукового давления состоит из полупериода сжатия (повышения давления) и последующего полупериода разряжения молекул воздуха (понижения давления). Звуки с большей амплитудой (громкие) вызывают более сильное сжатие и разряжение молекул воздуха, чем звуки с меньшей амплитудой (тихие).
 |
| Рис.1.1. Графическое представление синусоидальной звуковой волны |
Периодом волны называется время одного полного колебания звуковой волны, он измеряется в секундах и определяется по уравнению:
Период = 1/Частота.
Скорость распространения звуковой волны в воздухе при нормальных условиях (при 15 °С на уровне моря) составляет 344 м/с (1130 фут/с). Скорость звука не зависит от его частоты. Реальное расстояние, которое звуковая волна определенной частоты проходит за один полный период, называется «длиной волны». Длина волны выражается уравнением:
Длина волны = Скорость звука / Частота
Звук как электрический сигнал
Звук (аудиосигнал) может быть передан в виде колебаний электрического напряжения или силы тока. В аудиоаппаратуре сила тока (или напряжение) сигнала пульсирует точно с такой же частотой, что и энергия звуковых колебаний, которую она представляет, а амплитуда электрического аудиосигнала изменяется пропорционально амплитуде звуковой волны.
Амплитуда (или сила аудиосигнала) называется «уровнем сигнала». Уровень акустического или электрического сигнала выражается в децибелах. (Эти единицы измерения подробно будут рассмотрены в гл. 4).
 |
| Рис. 1.2. Графическое представление аудиосигнала (один полный период синусоидальной волны). |
Разница во времени между звуковой волной (или аудиосигналом) и определенной точкой отсчета, начальным моментом времени, называется «фазой сигнала». Фаза измеряется в градусах, и один полный период синусоидальной волны равен 360 °.
Точкой отсчета фазы может служить и другой сигнал. В этом случае опорный сигнал должен повторять форму сигнала, фазу которого измеряют. На рис. 1.3 показан процессор аудиосигналов с одним входом VIN и одним выходом VOUT. Здесь фаза выходного сигнала определяется относительно входного.
 |
| Рис. 1.3. Соотношение фаз сигналов на входе и выходе процессора |
На рис. 1.3б представлен выходной сигнал, фаза которого совпадает с фазой входного сигнала: обе синусоидальные волны пересекают точку начала координат в одно и то же время, и они имеют одинаковое направления. На рис. 1.3в выходной сигнал отстает от входного на 90°: синусоидальная волна пересекает точку начала координат, соответствующей максимуму другой волны, направление обеих волн совпадает. На рис. 1.3г фазы выходного и входного сигналов отличаются на 180° (обе синусоидальные волны пересекают точку начала координат в один и тот же момент времени, но они имеют разное направление). На разных частотах относительная фаза сигнала может быть различной, именно такие сигналы чаще всего присутствуют в реальных аудиосхемах.
Сложение синусоидальных волн
Фаза сигнала имеет очень большое значение, так как от нее зависит то, как будет происходить наложение сигналов. При микшировании сигналов на микшерском пульте или смешивании звуковых волн в воздухе, их фазы складываются алгебраически. На рис. 1.4 показано сложение двух синусоидальных сигналов с одинаковыми уровнем и частотой, но разными фазами.
 |
| Рис. 1.4. Сложение двух синусоидальных сигналов с одинаковыми уровнем и частотой, но разными фазами |
Синусоидальные волны, показанные на рис. 1.4а, синфазны, поэтому при их сложении получается волна с удвоенной амплитудой. Синусоидальные волны, изображенные на рис 1.4б отличаются по фазе на 90°, поэтому амплитуда образующейся в результате их сложения синусоидальной волны в 1,414 больше, чем амплитуда исходных волн. Фаза синусоидальных волн на рисунке 1.4в отличается на 180°, поэтому при их сложении происходит полное подавление сигнала.
1.2 Назначение звуковой системы
Существуют также звуковые системы, предназначенные для эфирного вещания и воспроизведения записанных звуков. Такие системы во многом похожи на системы для усиления звука во время «живых» выступлений, только вместо микрофона или электрического музыкального инструмента в них предусмотрено либо устройство для воспроизведения с ленты, либо установлен компакт-диск проигрыватель, электропроигрыватель или радиотюнер.
1.3 Модель звуковой системы
Звуковая система усиливает звук за счет преобразования его в электрическую энергию, увеличения мощности этой электрической энергии с помощью электронных средств и последующего преобразования более мощной электрической энергии обратно в звук.
Устройства, установленные в звукозаписывающей и звуковоспроизводящей электронной аппаратуре и преобразующие энергию из одной формы в другую, называются «преобразователями», или «датчиками». Устройства, изменяющие один или несколько параметров аудиосигнала, называются «процессорами сигнала». Используя эти понятия, можно построить простейшую модель звуковой системы простейшего вида (рис. 1.5).
 |
| Рис. 1.5 Модель простейшей звуковой системы |
Датчик на входе системы (микрофон или звукосниматель) преобразует звук в колебания электрического тока или напряжения, которые являются точным представлением звука. Под аудиосигналом понимаются пульсации электрического тока или напряжения.
Процессор сигналов изменяет одну или несколько характеристик аудиосигнала. В простейшем случае он увеличивает мощность сигнала, такой процессор сигнала называется «усилителем». В реальных звуковых системах в этом блоке расположено много устройств: предусилители, микшерские пульты, процессоры эффектов, усилители мощности и др.
Выходные датчики (колонки или наушники) преобразуют усиленный или иным образом обработанный аудиосигнал обратно в звук.
1.4 Входные датчики
Входной датчик каждого типа имеет свои характеристики, и их необходимо знать, чтобы правильно пользоваться датчиком.
1.5. Выходные датчики
Датчик на выходе звуковой системы преобразует аналоговый сигнал в звук. На выход системы звукоусилительной аппаратуры чаще всего устанавливают датчики следующих типов:
Выходные датчики каждого типа имеют свои особенности, чтобы правильно ими пользоваться, необходимо знать принцип их работы. (Подробно выходные датчики будут рассмотрены в гл. 13).
1.6 Простейшая звуковая система
На рисунке 1.6 приведена схема простейшей звуковой системы, которая может быть установлена для проведения «круглого стола» в лекционном зале и предназначена для усиления голоса трех участников. В этой системе можно выделить три секции: входных датчиков, обработки сигнала и выходных датчиков:
Важную роль при использовании звуковых систем играет акустика помещения. Когда звук из колонок распространяется в зале, он изменяется в соответствии с акустическими параметрами помещения.
Помещение почти не будет влиять на звучание только в том случае, если оно не дает реверберации (отражение сигналов от стен). Но при сильной реверберации, устанавливая звуковую систему, акустику помещения следует учитывать обязательно, иначе ее влияние на звук может оказаться столь существенным, что звуковая система окажется неработоспособной.
Акустика помещения это составная часть звуковой системы, поэтому, установив последнюю, необходимо проверить, как она влияет на звук. (Влияние акустики помещения на звуковые системы описано
в гл. 5 и 6).
Рассмотренная схема лежит в основе любой звуковой системы (в больших просто увеличивается количество используемого оборудования), поэтому принципы, применимые к этой простой звуковой системе, распространяются и на концертные системы усиления звука.
Фазовый сдвиг. Фаза сигнала.
Фазовый сдвиг – что это? А фаза звукового сигнала? Попробуем немного разобраться в этом вопросе. Не факт, что смогу ясно разъяснить этот вопрос, но примерное понятие должно получиться.
Пролог
Музыканты, меломаны, а так же, любители “хай-эндовского” звука, в разговорах между собой, часто используют, вроде бы всем понятные термины – спектр, фаза, частота, меандр, глубина и локализация сцены, и прочие узкозначимые слова. Но зачастую, даже некоторые из “знатоков”, до конца не могут понять, что же это на самом деле такое.
Такие понятия как – “Фазовый сдвиг” очень часто упоминаются при проектировании кроссоверов для акустики. Подробно про кроссоверы мы уже поговорили чуть ранее.
При наличии интернета выяснить тот или иной вопрос не составляет проблем. В отсутствии такового – можно сходить в библиотеку, найти пару реально научных книжек и почитать саму теорию. Но все нынче стали на столько занятые, что даже выуживать информацию из интернета – времени нет. Попробуем найти простое объяснение – что же такое “фазовый сдвиг”?
Что означают эти термины на самом деле? Можно ли “пощупать” их истинное значение? Да, однозначно, можно. Сейчас мы попробуем разобраться в вопросе – “Что такое – фазовый сдвиг?”
Фаза сигнала
Для начала порассуждаем, что такое – “фаза сигнала”. Фаза сигнала никогда не существует сама по себе. Это виртуальное понятие. Вообще, можно сказать так: Фаза – это уровень сигнала в текущий момент времени, или иначе, – это уровень звукового давления в текущий момент времени в измеряемой точке пространства (к примеру, это место, где находится слушатель).
Вот картинка, изображающая звуковые волны в фазе. К примеру, звуковые сигналы двух каналов нашей акустики совпадают. В этом случае, музыка звучит чётко, без каких либо искажений. В музыкальном произведении можно услышать все задействованные инструменты, которые звукорежиссер слышал при записи. Имеется некая область звукового давления, где ощущается “эффект присутствия” – это то, о чем спорят меломаны и аудиофилы. Иными словами – получаем ожидаемый звук и впечатления.
На следующей картинке ниже, фаза смещена на 90 градусов, или на четверть фазы. Этот эффект можно услышать в виде небольшого эха. Это может и не связано с оборудованием самой комнаты. Эффект звуковой задержки с небольшим смещением фазы вносит некую сумятицу в музыку, теряется “картинка”, исполнители “уходят в разные стороны”, появляется ощущение, что находишься в огромном зале с каменными стенами. Звуки становятся не естественными, искаженными.
Далее, мы наблюдаем смещение фаз на 180 градусов. То есть, акустика в этом случае играет в противофазе. Чуть ниже подробно об этом. В данном случае, общая “звуковая картина” на столько становится не понятной, что слушать музыку становится просто не интересно и противно. Звуки становятся “ватные”, многие часты просто могут отсутствовать, хотя они и воспроизводятся колонками. Может сложиться такое впечатление, что слушаешь музыку в завязанной шапке-ушанке.
Далее, немного теории без научных выкладок.
К примеру, слушая, сидя у себя дома, свои акустические системы, мы слышим, как они порождают в районе дивана те или иные переменные звуковые давления. Звуковые волны складываются друг с другом. Эти волны имеют разные частоты и амплитуду. Они то нарастают, то убывают.
Противофаза
А теперь предположим, что давления от обоих колонок (звуковые волны) изменяются одинаково, но имеют противоположную направленность. То есть, одна колонка излучает “плюсовые” волны, а другая колонка – “минусовые”. Это может случиться, когда слушатель, случайно, перепутал клеммы подключения одного из каналов (левый канал например).
Немного проще. Динамики правой колонки играют вперёд, а динамики в левой колонке играют назад, одновременно пытаясь воспроизводить одну и туже частоту. Одна колонка создаёт давление, скажем, 1 Паскаль, а другая – минус 1 Паскаль. Такой эффект называется – противофаза.
Общая громкость звука в том месте, где находится слушатель, теоретически, должна стремится к нулю, но это не означает, что какой либо звук вообще будет не слышно. В этом случае, может сильно поломаться “звуковая сцена”, “картинка” музыкального произведения, а в каком либо месте помещения звук реально будет затухать, но не совсем. Звук станет “смазанным” и исчезнут некоторые частотные составляющие из общего звукового сигнала.
Не будем вдаваться в непростую научную формулировку, приводя формулы. Можно сказать так, что из второй колонки звук доходит к слушателю, но с задержкой по времени (не забываем, что сигнал на колонки подаётся одинаковый!). И задержка в этом случае получается именно 180 градусов. Почему так? Попробуем разобраться на картинке, нагляднее – понятнее.
360 градусов – длина периода сигнала (Фаза), 180 градусов – половина периода сигнала.
Фазовый сдвиг
А теперь, мы дошли до момента, когда можно уже разобрать вопрос – “Что такое – фазовый сдвиг?”
Фаза — это временная связь двух сигналов. И в течении периода колебания меняется от 0 до 360 градусов. Потом опять – от 0 до 360, и так далее. Можно сказать, что это мгновенный уровень сигнала в определенной точке времени внутри периода. Саму фазу мы не слышим, но слышим фазовый сдвиг одного сигнала относительно другого.
Вики про это говорит так: Сдвиг фаз — это разность между начальными фазами двух переменных величин, изменяющихся во времени периодически с одинаковой частотой.
Фазовый сдвиг является безмерной величиной и измеряется в градусах или долях периода.
Вывод
Предположим, вы подключили два динамика к выходу усилителя (пусть физически это будут ваши акустические системы). Один динамик как положено – плюс на плюс, минус на минус. А второй, перепутали и он получился подключенным плюс на минус и минус на плюс. Включив усилитель, что мы услышим? Вероятнее всего – жалкое подобие звука. Один динамик будет как-бы гасить сигнал другого своими звуковыми волнами.
На картинках ниже будет нагляднее. Представим, что это мы видим на экране осциллографа, который измеряет сигналы левого и правого каналов вашего усилителя.
На первой картинке левый и правый канал – в фазе. Сигнал одинаков в обоих каналах. Линии идеально повторяют сигнал. У них синхронная амплитуда на всем протяжении. Тут можно сказать, что сигналы находятся «в фазе». Если практически, то суммирующий уровень сигнала будет усиливаться сигналами левого и правого каналов.
Вторая картинка демонстрирует осциллограмму полного не совпадения. “Горб” левого канала по времени совпадает с “ямой” правого. Чисто по школьной физике – в результате сложения таких колебаний, в идеале, получится ноль. Эти сигналы будут взаимно подавлять друг друга. Сигналы в противофазе.
Фазовый сдвиг подразумевает запаздывание первого сигнала по времени относительно второго.
При двух гармонических колебаниях одной частоты результатом сдвига фаз будет частичное ослабление сигнала. Степень ослабления результирующего сигнала будет зависеть как раз от этого самого сдвига фаз. В предельном случае (в противофазе), на выходе получится абсолютный ноль.
Все эти картинки и рассуждения, о физических свойствах звуковых волн, отдаленно относятся к практике, к реальности. Звуки любого музыкального инструмента нельзя назвать – “одночастотным сигналом” (как осциллограмма на картинках). Частичный сдвиг фаз может ослаблять одни частоты по сравнению с другими. А иногда, усиливать некоторые из них.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.