MĚŘENÍ ÚROVNĚ ZVUKOVÉHO SIGNÁLU V DIGITÁLNÍCH SYSTÉMECH

Abstrakt MĚŘENÍ ÚROVNĚ ZVUKOVÉHO SIGNÁLU V DIGITÁLNÍCH SYSTÉMECH Audio Level Measurement in Digital Sstems Jiří Schimmel * Tento příspěvek se zabývá metodou měření a zobrazení úrovně zvukových signálů pomocí PPM a VU indikátorů podle norem DIN 45406 a ASA C6.5-954 v digitálních sstémech zpracování zvukových signálů s lokálním a dálkovým řízením. Abstract This paper deals with measurement and indication method of audio level measurement using the PPM and VU indicators according to the DIN 45406 and ASA C6,5-954 standards in digital audio processing sstems with local and remote controlling. Úvod V digitálních sstémech zpracování zvukových signálů lze pro účel indikace úrovně signálu zobrazovat jeho okamžitou hodnotu nebo maximální hodnotu signálu za určitou dobu, pokud je potřeba redukovat velikost datového toku, například v případě sstémů s dálkovým řízením. Protože úroveň signálu je zobrazována v rchlém sledu, je samozřejmě nutné ještě samostatně zobrazovat špičk signálu detekované v delším časovém intervalu, alespoň několika sekund. Problém ovšem nastává, pokud je potřeba kalibrovat stupnici ukazatele úrovně digitálního signálu se stupnicí profesionálního analogového přístroje. V analogových přístrojích lze indikátor úrovně signálu realizovat jedině pomocí integračního článku, jehož útlum a doba nabíjení a vbíjení má významný vliv nejen na časový průběh indikované úrovně signálu, ale i na velikost indikované úrovně signálu, a to v závislosti na tvaru, tj. na spektrální funkci signálu. Pokud je v digitálním sstému zpracování zvukových signálů požadavek na kompatibilitu měření úrovně signálu s analogovými sstém, je nutné navrhnout algoritmus realizující integračních článek odpovídajících vlastností. Tento příspěvek se nezabývá samotnou problematikou měření úrovně zvukových signálů, pouze způsobem realizace takového indikátoru v digitálním sstému zpracování zvukových signálů podle dostupných norem a doporučení. Standard pro měření úrovně zvukových signálů Pro indikace úrovně signálu existuje několik standardů sledujících mezinárodní doporučení z této oblasti. Podle těchto doporučení je indikátorem úrovně takový přístroj, jehož napětí odpovídá napětí na kondenzátoru nabíjenému z dvoucestného usměrňovače a vbíjenému měřícím obvodem relativně pomalu vzhledem k době nabíjení (integrace). * Ing. Jiří Schimmel, Ústav telekomunikací, FEKT Vsoké učení technické v rně, Purkňova 8, 62 00 rno tel.: +420 54 49 67, fax.: +420 54 49 92, e-mail: schimmel@feec.vutbr.cz 5

alistika indikátoru Jedním z nejpoužívanějších standardů pro měřiče úrovně zvukových signálů je standard ASA C6.5-954. Tento standard specifikuje časové chování (balistiku) indikátoru (metru): při buzení noálním signálem musí být náběh indikátoru na hodnotu 0 d za dobu 300 ms a po ukončení buzení indikátoru signálem s noální úrovní musí indikátor klesnout na nulu opět během 300 ms. Tento tp indikátoru měří střední hodnotu signálu a je označován jako VU-metr (Volume Unit). Dalším standardem používaným pro indikátor úrovně je norma DIN 45406. Ta určuje, že při buzení signálem s noální úrovní musí ukazatel po uplnutí dob 0 ms zobrazit úroveň d a po ukončení buzení indikátoru signálem s noální úrovní musí indikátor klesat o hodnotu 20 d za,5 s. Tento tp indikátoru měří špičkovou hodnotu signálu a je označován jako PPM (Peak Program Meter). Novější normou specifikující vlastnosti indikátorů špičkové úrovně je britská norma S 4297:968, která určuje, že čas náběhu indikátoru na hodnotu 0 d při buzení signálem s noální úrovní je 00 ms a rchlost poklesu indikátoru po ukončení buzení je 8,7 d za jednu sekundu. U nás blo dříve dostupné jediné závazné doporučení TK-II-/60 technické komise OIRT. Tato norma rozdělovala indikátor úrovně signálu na dva tp: tp A po připojení signálu s noální úrovní musí indikátor během integrační dob 0±5 ms ukázat úroveň d tp po připojení signálu s noální úrovní musí indikátor během integrační dob 60±0 ms ukázat úroveň 2 d Tp A ted odpovídá indikátoru špičkové úrovně (PPM) a tp indikátoru střední hodnot (VU-meter). Doba návratu ukazatele z poloh 0 d do poloh ležící v 30% délk pracovního rozsahu od klidové poloh má být,5 až 2 sekund. Obr. Různé stupnice PPM indikátorů 52

Stupnice indikátoru Součástí norem pro měřiče úrovně signálu jsou také specifikace stupnice indikátoru, tj. relativní pozice bodů na stupnici odpovídajících určitým úrovním signálu. Například norma OIRT udává, že stupnice sloupcového indikátoru má být nejméně 90 mm, část stupnice nad 0 d má mít rozsah nejméně +3 d, ale nesmí zabírat více jak jednu třetinu délk stupnice, naopak část pod 0 d má mít měřící rozsah nejméně 50 d pro tp A, resp. 35 d pro tp. Ve většině případů je použita lineární stupnice úrovní signálu vjádřených v d s konstantním krokem. Ukázk stupnic PPM indikátorů včetně oblasti modulace podle různých norem je v obr. převzatém z lit. []. Pro cejchování stupnice měřiče úrovně se používá harmonický signál o kmitočtu khz. Velikost a počet bodů stupnice určuje rozsah a rozlišení měřiče úrovně. Při velkém kroku lze indikovat široký rozsah úrovní signálu, ale je nízké rozlišení, což je nevýhoda v okolí bodu modulace signálu. Naopak při malém kroku je rozlišovací schopnost dostatečná, ale lze indikovat jen malý rozsah úrovní nebo neúměrně roste velikost a tím i cena měřiče. Problém lze vřešit použitím exponenciální stupnice s rozlišovací schopností rostoucí s úrovní signálu. Nízká rozlišovací schopnost při nízkých úrovních signálu nevadí, ale nežádoucí je nelinearita stupnice při všších úrovních signálu, v okolí bodu modulace. Profesionální sloupcové měřiče úrovně proto používají kombinované stupnice, většinou exponenciální s lineární částí v okolí bodu modulace. Příkladem může být PPM měřič firm RTW na obr. 2. Noální úroveň signálu Obr. 2 PPM indikátor firm RTW s kombinovanou stupnicí Kalibračním signálem měřiče úrovně je harmonický signál s konstantní amplitudou a kmitočtem v určitém definovaném rozsahu, např. u OIRT v rozsahu 500 Hz až 5 khz. Otázka noální úrovně kalibračního signálu je velmi problematická. Noální úroveň se udává v d a je vžd odvozena od určité referenční hodnot napětí nebo výkonu. V podstatě se pro relativní měření amplitud analogového signálu používají tři jednotk s různě definovanou referenční hodnotou: dm jedná se o starší jednotku vztahující se k výkonu, referenční hodnota je mw. Uvažováním obvklé impedance 600 Ω dříve používané v rozhlasových aplikacích lze tuto jednotku lze také převést na napěťovou referenční výkon mw na zátěži 600 Ω odpovídá efektivní hodnotě referenčního napětí 0,7746 V. du jedná se o napěťovou jednotku s efektivní hodnotou referenčního napětí shodnou s jednotkou dm, tj. 0,7746 V. Vzhledem k tomu, že moderní zvuková zařízení mají nízkou výstupní a naopak vsokou vstupní impedanci, je výkonová ztráta na výstupní impedanci zanedbatelná a hodnot du se shodují pro jakékoliv vstupní a výstupní impedance za předpokladu, že je dodržena podmínka výstupní impedance mnohonásobně nižší než vstupní impedance. dv- jedná se o napěťovou jednotku stejně jako dm, pouze efektivní hodnota referenčního napětí je V. 53

U výše uvedených sstémů měření relativní úrovně signálu ale nelze určit, jaký akustický tlak a hlasitost vtvoří signál s určitou úrovní. To záleží na připojeném výkonovém zesilovači a elektroakustických vlastnostech připojených reproduktorových soustav nebo sluchátek. Tímto problémem se mimo jiné zabývá např. lit. [3]. V digitálních sstémech zpracování zvukových signálů není ovšem známa referenční hodnota napětí nebo výkonu, ta je odvozena až z napěťové reference A/D a D/A převodníků. Proto se v digitálních sstémech používá relativní jednotka úrovně digitálního signálu dfs (d relative to Full Scale), kde noální úrovní 0 d je rozsah převodníku, tj. maximální hodnota digitálního signálu, který může převodník zpracovat. Pokud je digitálnímu sstému známa hodnota du, dm nebo dv maximálního napětí, které může použitý A/D a D/A převodník zpracovat, lze jednoduše hodnot dfs přepočítat na hodnot dm, du nebo dv. V současné době se u A/D a D/A převodníků pro zvukové aplikace používá noální úroveň 0 du nebo +4 du. Algoritmus měřiče úrovně pro digitální sstém Záměrem práce bl návrh a realizace algoritmu měřiče špičkové (PPM) a střední (VUmeter) hodnot digitálního zvukového signálu splňující norm DIN 45406 a ASA C6.5-954. Kvůli požadavku na co nejnižší výpočetní náročnost algoritmu bl jako analogová předloha zvolen známý integrační článek prvního řádu s jedním rezistorem s odporem R a jedním kondenzátorem s kapacitou C. Přenosová funkce H(p) tohoto obvodu je H( p) = =, () prc + τp + kde τ = ( 2 ) = RC πf C (2) je časová konstanta článku a f C je mezní kmitočet článku. Odezvu obvodu na dvoucestně usměrněný sinusový signál používaný pro kalibraci měřičů úrovně získáme konvolucí tohoto signálu s impulsní odezvou obvodu h( t) τp + t / τ = L = e. (3) τ Výstupem obvodu bude sinusový signál s dvojnásobným kmitočtem superponovaný na křivku nabíjení kondenzátoru, která v ustáleném stavu dosáhne střední hodnot dvoucestně usměrněného sinusového signálu t / τ ( e ) 2 0( t) = sm, (4) π kde s m je maximální hodnota vstupního signálu. Mezní kmitočet sstému je dík velké časové konstantě obvodu značně nízký, jak bude ukázáno dále, a signál v audio oblasti budou silně potlačen, i kdž pokles modulové kmitočtové charakteristik sstému je pouze 20 d/dek (dolní propust prvního řádu). Průběh výstupního signálu lze ted aproximovat funkcí (4), tzn. že maximální výstupní napětí sstému po skončení přechodného děje odpovídá při buzení sstému dvoucestně usměrněným sinusovým signálem jeho střední hodnotě, nikoliv hodnotě 54

efektivní. Chceme-li údaj indikátoru vztáhnout k efektivní hodnotě vstupního sinusového signálu, musíme zavést zesílení A celého obvodu sm Sef 2 π A = = =, (5) S 2sm 8 π kde S ef je efektivní hodnota sinusového signálu a S je střední hodnota dvojcestně usměrněného sinusového signálu. Návrh číslicového filtru pomocí bilineární transformace Pomocí bilineární transformace lze přenosovou funkci () transformovat do rovin Z na přenosovou funkci H(z) sstému s diskrétním časem + z + q + q H ( z) =, (6) q + z + q kde q = 2 f VZ τ, (7) kde f VZ je vzorkovací kmitočet signálu. Jedná se ted o filtr prvního řádu s koeficient závislými na časové konstantě původního analogového integrátoru a na vzorkovacím kmitočtu. Diferenční rovnice výstupního signálu s kompenzací na efektivní hodnotu je A ( = ( x( + x( n ) ( q) ( n ) ). (8) + q Návrh číslicového filtru pomocí signálové invariance Metoda bilineární transformace zachovává kmitočtové vlastnosti sstému, nikoliv ale časové [5]. Při návrhu číslicových měřičů úrovně jsou ale důležité požadavk v časové oblasti, proto je nutné použít některou ze signálových invariancí. Analogový stém s přenosovou funkcí () je tpu dolní propust, proto splňuje podmínku použití signálové invariance H( ω) = 0 pro ω πf. (9) Nejvhodnější b blo použití sinusové invariance, ta ale vede na složitější přenosovou funkci. V případě použití impulsní invariance získáme přenosovou funkci číslicového sstému H(z) navzorkováním impulsní odezv analogového sstému h(t) z rovnice (3) a její Z-transformací VZ nt / τ τ H ( z) = Z{ h( t) } = Z e =, T / τ (0) τ e z kde T je vzorkovací perioda. Opět se jedná o filtr prvního řádu s koeficient závislými na časové konstantě původního analogového integrátoru a na vzorkovacím kmitočtu. Diferenční 55

rovnice výstupního signálu s kompenzací na efektivní hodnotu je o jedno sčítání jednodušší než rovnice (8) A ( = x( + Ae τ T / τ ( n ). () Časová konstanta měřiče střední hodnot signálu Podle norm ASA C6.5-954 je doba náběhu na hodnotu indikované úrovně 0 d za 300 ms, stejně jako doba poklesu na nulu. Proto je časová konstanta pro nabíjení i vbíjení stejná. Přechodný děj lze považovat za ustálený za dobu 0-krát delší než je časová konstanta integrátoru. Jednoduchým výpočtem dospějeme k hodnotě τ VU = 30 ms. Z této hodnot lze pomocí rovnice (2) zjistit mezní kmitočet článku f C = 5,305 Hz. Při transformaci přenosové funkce z rovin p do rovin Z dochází k transformaci kmitočtové os a vztah mezi analogovou osou kmitočtu ω a číslicovou kmitočtovou osou ω A je podle [5] 2 ωa ω = arctg, (2) T 2 kde T je vzorkovací perioda v sstému s diskrétním časem. Po úpravě vztahu (2) pomocí (2) získáme rovnici transformace mezního kmitočtu integračního článku f C f ' C f arctg π 2τf = VZ. (3) VZ Dosazením do vztahu (5) získáme při vzorkovacím kmitočtu 44, khz dík velké hodnotě časové konstant téměř shodnou hodnotu mezního kmitočtu sstému s diskrétním časem f C = 5,300 Hz. Modulová kmitočtová charakteristika tohoto sstému je na obr. 3. Obr. 3 Modulová kmitočtová charakteristika integračního článku číslicového měřiče úrovně signálu tpu VU s časovou konstantou τ VU = 30 ms 56

Podle norm OIRT TK-II-/60 musí měřič úrovně signálu tpu po připojení signálu s noální úrovní během dob t 0 = 60 ms ukázat úroveň L 0 = 2 d. Pro tuto úroveň platí vztah L 0 t0 / τ VU = 20log( 0 ). (4) Jednoduchou úpravou vztahu (4) získáme vztah pro výpočet časové konstant měřiče úrovně signálu tpu t0 τ VU =. L0 / 20 (5) ln( 0 ) Dosazením do této rovnice získáme hodnotu časové konstantτ VU = 38 ms, která se výrazně neliší od hodnot časové konstant měřiče úrovně podle norm ASA C6.5-954. Na obr. 4 je vnucená odezva měřiče střední hodnot zvukového signálu s diferenční rovnicí () navrženého pomocí impulsní invariance s časovou konstantou τ VU = 30 ms. Sstém je buzený testovacím diskrétním signálem se vzorkovacím kmitočtem 44, khz podle norm ASA C6.5-954, tj. harmonickým signálem s kmitočtem khz, efektivní hodnotou a délkou 300 ms. Hodnota je vztažena k noální úrovni signálu 0 d. Obr. 4 Vnucená odezva integračního článku číslicového měřiče úrovně signálu tpu VU s časovou konstantou τ VU = 30 ms na testovací signál Výstup sstému dosáhne za 300 ms úrovně 0 d a za dalších 300 ms klesne na úroveň -88 d, což lze považovat za nulovou výchlku indikátoru. Sstém ted splňuje požadavk na balistiku měřiče úrovně podle norm ASA C6.5-954. Pro sstém s diferenční rovnicí (8) navržený pomocí bilineární transformace získáme stejný výsledek. Z rovnice (5) lze odvodit vztah pro výpočet času t 0, ve kterém dosáhne výstup sstému s časovou konstantou τ VU dané úrovně L 0 t 0 L / 20 = τ ln( 0 0 ). (6) VU Po dosazení použité časové konstant τ VU = 30 ms získáme čas t 0 = 47 ms, což ale neodpovídá hodnotě t 0 = 60±0 ms podle OIRT TK-II-/60 pro měřič úrovně signálu tpu. Pokud b bl požadavek na splnění i této norm, je potřeba časovou konstantu obvodu zvýšit alespoň na 32 ms. 57

Časová konstanta měřiče špičkové úrovně signálu Podle norm DIN 45406 pro měřič špičkové úrovně signálu musí ukazatel při buzení signálem s noální úrovní po uplnutí dob t 0 = 0 ms zobrazit úroveň L 0 = d. Pro výpočet časové konstant opět platí rovnice (4), po dosazení získáme hodnotu časové konstantτ PPM = 4,5 ms. Specifikaci měřiče úrovně tpu A podle norm OIRT TK-II-/60 je shodná s normou DIN 45406, takže časová konstanta vchází také stejně. Obdobně jako u měřiče stření hodnot signálu lze pomocí rovnic (2) a (3) zjistit mezní kmitočet analogového integrátoru f C = 35,37 Hz a mezní kmitočet sstému s diskrétním časem po bilineární transformaci f C při vzorkovacím kmitočtu 44, khz, který se liší až na čtvrtém desetinném místě. Modulová kmitočtová charakteristika tohoto sstému je na obr. 5. Obr. 5 Modulová kmitočtová charakteristika integračního článku číslicového měřiče úrovně signálu tpu PPM s časovou konstantou τ PPM = 4,5 ms Na obr. 6 je vnucená odezva měřiče špičkové úrovně zvukového signálu s diferenční rovnicí () navrženého pomocí impulsní invariance s časovou konstantou τ PPM = 4,5 ms. Sstém je buzený testovacím diskrétním signálem se vzorkovacím kmitočtem 44, khz podle norm DIN 45406, tj. harmonickým signálem s kmitočtem khz, efektivní hodnotou a délkou 0 ms. Hodnota je vztažena k noální úrovni signálu 0 d. Obr. 6 Vnucená odezva integračního článku číslicového měřiče úrovně signálu tpu PPM s časovou konstantou τ PPM = 4,5 ms na testovací signál 58

Výstup sstému dosáhne za 0 ms úrovně - d, takže splňuje požadavk na dobu náběhu měřiče úrovně podle norm DIN 45406. Pro sstém s diferenční rovnicí (8) navržený pomocí bilineární transformace získáme stejný výsledek. Z obr. 6 je ale vidět, že rchlost poklesu výstupní úrovně je 20 d za 0 ms. Norma DIN 45406 ale stanovuje mnohem pomalejší pokles úrovně indikátoru, 20 d za,5 s. Řešením b blo použití dalšího integrátoru s jinou časovou konstantou, ale dík tomu, že se jedná o lineární pokles, je z hlediska výpočetní náročnosti algoritmu mnohem výhodnější vhodnocovat výstup integrátoru a pro jeho výpočet použít následující vztah A x( + Ae τ ( = ( n ) + cf T / τ ( n ) pro ( ( n ), (7) pro ( < ( n ) kde c F je konstanta určující rchlost poklesu výstupního signálu integrátoru za dobu period vzorkovacího signálu L F c F =, (8) tf fvz kde L F je úroveň signálu, na kterou má výstup integrátoru klesnout za dobu t F a f VZ je vzorkovací kmitočet signálu. Pro měřič špičkové úrovně signálu splňující požadavk norm DIN 45406 je pro vzorkovací kmitočet 44, khz konstanta c F = -3,023.0-4. Průběh stupnice indikátoru Pro měřič úrovně bla zvolena kombinovaná stupnice s převodní funkcí podle obr. 7. Pro tuto funkci jsou důležité následující bod: x max maximální úroveň signálu zobrazovaná indikátorem, x thr úroveň přechodu mezi lineární a exponenciální částí stupnice, x imální úroveň signálu zobrazovaná indikátorem a relativní pozice imální úrovně signálu na indikátoru. Průběh stupnice je lineární mezi bod x max a x thr, exponenciální mezi bod x thr a x a opět lineární pro úrovně signálu pod hodnotou x. Důvodem použití posledně jmenované lineární části je, že exponenciální přůběh nikd neklesne na nulu, takže b měřič indikoval velmi slabé signál, jako je vlastní šum A/D převodníků atd. Průběh stupnice indikátoru je ted definován funkcí 2 3 = k x + = e ( x x ) / τ 2 A = k x + C pro x + thr > x pro x pro x < x < x < x thr, (9) kde, 2 a 3 jsou převodní funkce jednotlivých částí stupnice, x je úroveň signálu v d a konstant k, A, x,, τ, je nutné vpočítat z charakteristických bodů průběhu x,, x max a x thr. Protože platí ( x =, musí pro exponenciální část průběhu platit 2 ) ( x x )/τ = e. (20) 59

2,5 relativní pozice 0,5 0 x -40-20 -00-80 x x -60-40 -20 thr 0 max 20 L [d] Obr. 7 Průběh funkce stupnice měřiče úrovně signálu Dále musí platit, že hodnota funkce a hodnota první derivace funkce v bodě x thr musí být shodné pro exponenciální a horní lineární část průběhu x x= x tht 2 = x x= x tht -0,5, (2) x ) = ( ). (22) ( thr 2 xthr Z rovnic (2) a (22) lze stanovit podmínk pro konstant k a A A k = e ( xthr x ) / τ = e, (23) ( x τ x ) / τ + k x thr. (24) Podobně lze určit podmínk pro konstant k 2 a C lze pro exponenciální funkci a dolní lineární část v bodě x x 3 ( x x x= x = x= x k2 = e τ 2 2 x 3 C 2 ) / τ, (25) ( x ) = ( x ) = k x. (26) 60

Ze skutečnosti ( x max ) = lze pro konstantu A stanovit další podmínku = k. (27) A xmax Základní rovnici pro získání konstant funkce obdržíme z rovnic (24) a (27) A = e ( x x )/ τ + k x thr = k x max. (28) Rovnici pro výpočet konstant x získáme pomocí rovnice (23) po substituci z rovnice(20) C x = τ ln, (29) kde x x C + τ τ xthr / τ x / τ thr xthr / τ max xthr / τ = e e e e. Konstanta τ v tomto případě určuje strmost střední části průběhu. Může být stanovena experimentálně nebo numerick, pokud je známa pozice (x n, n ) určité hodnot úrovně signálu na stupnici pro kterou platí n = e = e e. (30) ( xn x ) / τ ( xn x ) / τ ( x x ) / τ Soustava rovnic (29) a (30) musí být řešena numerick pomocí některé z iteračních metod. Měření úrovně signálu v digitálních sstémech s dálkovým řízením Protože časová konstanta integrátoru a vzorkovací kmitočet se během digitálního zpracování signálů nemění, lze koeficient diferenční rovnice () integrátoru měřiče úrovně vpočítat jednorázově. Výpočetní náročnost algoritmu realizující přímou formu bude dvě sčítání a dvě násobení na každý vzorek signálu. Algoritmus lze samozřejmě optimalizovat pro platformu, pro kterou je určen, např. převedením rovnice () do některé kanonické form, nebo vužitím paralelního zpracování dat v SIMD procesorech. V rozsáhlých sstémech zpracování signálu obsahujících stovk kanálů ale i optimalizovaný algoritmus představuje velké zatížení procesorů. V sstému se 28 vstupními a 28 výstupními kanál se čtřmi měřiči úrovně v každém kanálu představuje realizace algoritmu pomocí rovnice () celkem 2048 násobení a 024 sčítání během jedné vzorkovací period. V těchto sstémech je snaha přesunout všechn funkce přímo nesouvisející se samotným zpracováním signálu do řídícího sstému, který může být lokální, avšak běžící na samostatném procesoru, nebo dálkový. Indikační informace představují značný datový tok a musí být do řídícího sstému přenášen jen v určitých intervalech. Jednou možností je realizace číslicových měřičů úrovně v sstému zpracování signálu a intervalový přenos jejich výstupů do řídícího sstému. To ale představuje snížení výpočetního výkonu procesorů jinak vužitelného pro zpracování zvukových signálů. Nabízí se proto teoretická možnost intervalového přenosu hodnot signálů určených k indikaci a realizace číslicových měřičů úrovně signálu až v řídícím sstému. Ab nedošlo ke ztrátě informace o lokálním maximu, je vžd nutné přenášet maximální hodnotu úrovně signálu v daném intervalu. 6

Obr. 8 Vnucené odezv číslicového měřiče úrovně signálu tpu VU na testovací signál a maximální hodnot signálu v intervalu T = 4,5 ms Obr. 9 Vnucené odezv číslicového měřiče úrovně signálu tpu PPM na testovací signál a maximální hodnot signálu v intervalu T = 4,5 ms Obr. 0 Vnucené odezv číslicového měřiče úrovně signálu tpu VU na testovací signál a maximální hodnot signálu v intervalu T = 0 ms 62

Obr. Vnucené odezv číslicového měřiče úrovně signálu tpu VU na testovací signál a střední hodnot signálu v intervalu T = 0 ms Obr. 8 až ukazují výstupní signál měřičů úrovně signálu získaných simulací obou uvedených možností. Plná čára ukazuje vnucené odezv, tj. odezv při nulových počátečních podmínkách, číslicových měřičů úrovně signálu tpu VU a PPM na testovací sinusový signál. Tečkovaná čára ukazuje průběh simulovaného výstupu indikátoru úrovně signálu v řídícím sstému, kd je měřič úrovně realizován lokálně, přímo v sstému zpracování signálu. Čárkovaná čára ukazuje průběh simulovaného výstupu indikátoru úrovně signálu v řídícím sstému, kd je měřič úrovně realizován dálkově, tj. v řídícím sstému. V tomto případě samozřejmě vzorkovací perioda odpovídá periodě odesílání dat a je nutné přepočítat koeficient přenosových funkcí (6) a (0). Závěr Z hlediska výpočetního výkonu je nejvýhodnější realizovat číslicový měřič úrovně signálu tpu VU podle rovnice () a měřič úrovně signálu tpu PPM podle rovnic (7). Časová konstanta je pro měřič úrovně tpu VU podle norm ASA C6.5-954 τ VU = 30 ms a pro pro měřič úrovně tpu PPM podle norm DIN 45406 τ PPM = 4,5 ms. Z výsledků simulací lokálního a dálkového měření úrovně vplývá, že realizaci algoritmu měřiče úrovně signálu v řídícím sstému nelze použít. Časový interval mezi odesíláním jednotlivých údajů o maximální úrovni signálu v daném intervalu je v podstatě vzorkovací periodou sstému měření úrovně signálu, která je ale imálně o dva řád větší než perioda vzorkovacího signálu splňující vzorkovací teorém. Literatura [] WATKINSON, J. The Art of Digital Audio, third edition. Focal Press, 200. [2] METZLER,. Audio Measurement Handbook. Audio Precision, Inc., 993. [3] KATZ,. Integrated Approach to Metering, Monitoring, and Leveling Practices, Part : Two-Channel Metering. Journal of the Audio Engineering Societ, Vol. 48, No. 9, September 2000, pp. 800 809. [4] YEAP, A., K., TAHAMTAN, A. Design of a Low Cost LED Program Indicator, Audio Engineering Societ Preprint No. 88, presented at the 55 th Convention, 976. [5] VÍCH, R., SMÉKAL, Z. Číslicové filtr. Academia, nakladatelství AV ČR, Praha, 2000. 63