Естественные и Технические науки 2017 март-апр

Серия «Естественные и Технические науки» # МАРТ-АПРЕЛЬ  2017

Изложены метод объективной оценки качества звуковых трактов мобильных устройств, основанный на учете особенностей слухового восприятия, и результаты его экспериментальной проверки на реальных звуковых сигналах, подтверждающие высокую точность, полученных с его помощью результатов с данными субъективно-статистических экспертиз. Ключевые слова: Объективная оценка качества звучания.

Введение

Представленный в работе метод позволяет проводить объективную оценку качества звуковых трактов (ЗТ) мобильных устройств.  В его основе лежит оригинальная психоакустическая модель, учитывающая особенности слухового восприятия. Реализован метод объективной оценки качества (МООК) ЗТ мобильных устройств в виде программы оценки качества (ПОК). В начале программой оценки качества (ПОК) рассчитываются объективные характеристики воспринимаемого слушателем сигнала – выходные переменные модели оценки качества (MOV, Model Output Variables). Далее с помощью искусственной нейронной сети (ИНС) проводится взвешивание полученных значений MOVs. После обучения ИНС и получения набора весовых коэффициентов для каждой из характеристик сигнала ПОК готова к практической работе. Результаты экспериментов подтверждают высокую точность оценки качества звуковых трактов мобильных устройств.

Искажения звуковых сигналов (ЗС), возникающие при их прохождении через ЗТ мобильных устройств, могут быть разделены на линейные (частотные и фазовые), динамические, нелинейные и переходные. В рамках данного МООК было решено ограничиться учетом частотных (ЧИ), динамических (ДИ) и нелинейных (НИ) искажений, как наиболее сильно влияющих на качество звучания мобильных устройств.  Звуковые тракты мобильных устройств, как правило, работают в режимах близких к предельно возможным значениям, необходимым для создания требуемого при комфортном прослушивании звукового давления, что приводит к значительным нелинейным и динамическим искажениям.  

Переходные искажения (ПИ) более характерны для полноразмерных акустических систем. Они наиболее заметны на низких частотах и на головках громкоговорителей с тяжелой подвижной системой.  Ввиду крайне малой массы подвижной части головки громкоговорителя (от 20 до 40 мг) в мобильных устройствах и невысокой их добротности, переходные процессы обычно протекают не дольше 1-2 периодов колебаний (их длительность не превышает 3-10 мс) и, как правило, не заметны на слух.

В числе искажений воспроизводимого сигнала также следует отметить фазовые искажения (ФИ). Одной из причин их появления является использование нескольких излучателей в одной акустической системе. Разнесение головок громкоговорителей в пространстве и использование частотных фильтров приводит к нелинейной фазо-частотной характеристике (ФЧХ). Однако в случае мобильных устройств эти факторы не являются актуальными, так как их линейные размеры очень малы, кроме того большинство мобильных устройств использует единственный широкополосный излучатель [5]. Предварительные исследования показали, что ФИ можно не учитывать при оценке качества звучания мобильных устройств.

1. Искажения сигналов в звуковых трактах мобильных устройств и критерии для их оценки

В основе разработанной психоакустической модели MООК лежит идея раздельной оценки искажений, вызванных разными факторами, с последующим их объединением в обобщенную оценку качества звучания одним числом. Выше уже был обоснован выбор типов искажений, учитываемых в МООК, здесь же рассмотрим выбор выходных переменных психоакустической модели (ПАМ), на основе которых будет вычисляться обобщенная объективная оценка качества звучания.

При проведении субъективно-статистических экспертиз (ССЭ) группа экспертов прослушивает репрезентативный набор музыкальных отрывков, каждый из которых наилучшим образом дает представление о том или ином виде искажений, вносимых в сигнал ЗТ мобильного устройства. Общая субъективная оценка качества звучания вычисляется на основании набора оценок по каждой из частных характеристик, определяющих качество: баланс, сцена, чистота и динамика. Общий принцип взаимосвязи между отдельными характеристиками ЗС, отобранных для тестирования ЗТ мобильных устройств, и обобщенной субъективной оценкой качества звучания представлен на рис. 1.

Читать полный текст статьи …

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Пахомов М.О., Ковалгин Ю.А., Рожнов В.С. Мультитональный испытательный сигнал для оценки слышимости нелинейных искажений//Системы управления и информационные технологии, 2016, Т.63, №1, с.72-78.
2. Пахомов М.О., Ковалгин Ю.А., Рожнов В.С. Метод объективной оценки слышимости нелинейных искажений // Системы управления и информационные технологии, 2016, Т.64, №2, с.72-78.
3. BS.1387-1. Method for objective measurements of perceived audio quality. Rec. ITU-R, (1998-2001)
4. E. Zwicker and H. Fastl, Psychoacoustics, Facts and Models. Berlin; Heidelberg: Springer Verlag, 1990.
5. Blauert, J. and Laws, P «Group Delay Distortions in Electroacoustical Systems» // Journal of the Acoustical Society of America Volume 63, Number 5, pp. 1478-1483 (May 1978)
6. Mark Wendl, Hyunkook Lee, The Effect of Dynamic Range Compression on Loudness and Quality Perception in Relation to Crest Factor. 136th AES Convention 2014 April 26–29 Berlin, Germany.
7. Вольф В.М. Динамический метод исследования нелинейных искажений // Радиотехника, 1953, т. 8, № 2, с. 27-37.
8. Ковалгин Ю.А. Психоакустика и компрессия цифровых аудиоданных. Монография, СПб.: СПбГУТ, 2013.- 300 с.
9. Левитин А. В. Глава 4. Метод декомпозиции: Быстрая сортировка // Алгоритмы. Введение в разработку и анализ - М.: Вильямс, 2006. - С. 174–179. - 576 с.