Измеритель уровня громкости ( VU ) или стандартный индикатор громкости ( SVI ) — это устройство, отображающее уровень сигнала в аудиооборудовании .
Первоначальный дизайн был предложен в статье IRE 1940 года «Новый стандартный индикатор громкости и опорный уровень» , написанной экспертами из CBS , NBC и Bell Telephone Laboratories . [1] Затем Акустическое общество Америки стандартизировало его в 1942 году (ANSI C16.5-1942) [2] [3] для использования в телефонных установках и радиовещательных станциях.
Потребительское аудиооборудование часто оснащается измерителями уровня громкости, как в практических целях (например, в записывающем оборудовании), так и для эстетических целей (в устройствах воспроизведения).
Оригинальный измеритель уровня громкости (VU) представляет собой пассивное электромеханическое устройство, а именно амперметр постоянного тока Дарсонваля на 200 мкА, питаемый от двухполупериодного медно-оксидного выпрямителя, установленного внутри корпуса измерителя. Масса стрелки вызывает относительно медленный отклик, который фактически интегрирует или сглаживает сигнал со временем нарастания 300 мс. Это имеет эффект усреднения пиков и спадов короткой продолжительности и отражает воспринимаемую громкость материала более точно, чем более современные и изначально более дорогие измерители PPM . По этой причине многие аудиопрактики предпочитают измеритель уровня громкости его альтернативам, хотя показания измерителя не отражают некоторые ключевые характеристики сигнала, в частности его пиковый уровень, который во многих случаях не должен превышать определенный предел.
0 VU равно +4 dBu или 1,228 вольт RMS , мощности около 2,5 милливатт при подаче на нагрузку 600 Ом . 0 VU часто называют «0 дБ». [4] Измеритель был разработан не для измерения сигнала, а для того, чтобы позволить пользователям нацеливать уровень сигнала на целевой уровень 0 VU (иногда обозначаемый как 100%), поэтому неважно, что устройство является нелинейным и неточным для низких уровней [ по мнению кого? ] . По сути, шкала варьируется от −20 VU до +3 VU, с −3 VU прямо посередине (половина мощности 0 VU). Чисто электронные устройства могут эмулировать реакцию стрелки; они являются измерителями VU в той мере, в какой они соблюдают стандарт.
В вещательной отрасли контроль громкости был стандартизирован в 2009 году в США стандартом ATSC A/85, в 2010 году в Европе стандартом EBU R 128 , в 2011 году в Японии стандартом TR-B32 и в 2010 году в Австралии стандартом OP-59.
Перед первоначальными разработчиками измерителя уровня звука стояла задача найти способ измерения сложных аудиосигналов с помощью простой технологии.
Поскольку измеритель уровня громкости является механическим устройством, он никогда не сможет отразить мгновенные пики сигнала сложных аудиосигналов. Поэтому разработчики измерителя уровня громкости пошли другим путем. Они создали измеритель, который не измерял пики, а просто предполагал их. Настоящий измеритель уровня громкости имеет очень специфическую «баллистическую характеристику». Это означает, что он реагирует на изменение аудиосигналов с очень точной скоростью, поднимаясь от отсутствия сигнала до 99% от «0 VU», когда в течение 300 миллисекунд подается синусоидальный тон 1 кГц.
При использовании измерителя уровня громкости аудиосистема калибруется с помощью синусоидального тона на «опорном уровне» для системы. На опорном уровне измеритель уровня громкости показывает «0» для синусоидального тона, но инженер должен знать, что с музыкой или речью всегда следует делать вывод, что пиковые уровни всегда на 6–10 дБ выше опорного уровня. Полезность измерителя уровня громкости заключается в том, что для большинства типов аудиоисточников системный инженер может рассчитывать на то, что эти пики будут находиться в этом диапазоне, и может с уверенностью проектировать аудиосистему. Хорошей инженерной практикой является всегда создавать небольшой дополнительный «запас по мощности», как это называется, чтобы покрыть странные условия, когда аудиосигнал может превышать нормальные пиковые уровни или оператор оборудования не может правильно настроить уровни. Обычно при проектировании систем с использованием измерителя уровня громкости учитываются следующие уровни:
Поведение измерителей уровня звука определено в ANSI C16.5-1942, британском стандарте BS 6840 и IEC 60268-17.
VU определил:
«Показания индикатора громкости должны быть 0 VU при подключении к переменному напряжению, равному 1,228 В среднеквадратичного значения через сопротивление 600 Ом (равно +4 [дБн]) при 1000 циклах в секунду ». [7] [8]
Примечание: Ссылка выше в целом верна сейчас и всегда была верна в звукозаписывающей индустрии. Однако в некоторых североамериканских вещательных установках вплоть до конца 20-го века опорный уровень («0VU») составлял +8 дБм в больших студийных установках, а некоторые использовали сопротивление 150 Ом по всей студии. (CFRB Toronto и CFPL London Canada) Это был еще один «стандарт», установленный в ранние годы аудио, и измеритель VU был изменен путем замены последовательных резисторов для регулировки его чувствительности. Это не оказало никакого влияния на баллистику. [9]
Время нарастания , определяемое как время, необходимое стрелке для достижения 99% расстояния до 0 VU, когда на волюметр подается сигнал, изменяющийся от 0 до уровня, показывающего 0 VU, составляет 300 мс.
Перерегулирование должно быть в пределах 1–1,5%.
Время спада такое же, как и время нарастания, 300 мс.
Спецификация уровня подразумевается при 1000 Гц . Показание не должно отклоняться от показания при 1000 Гц более чем на 0,2 дБ от 35 Гц до 10 кГц или более чем на 0,5 дБ между 25 Гц и 16 кГц.
Обратите внимание , что в спецификации упоминаются только синусоидальные формы волн. Учитывая электромеханический принцип работы измерителя, отклонение стрелки фактически приблизительно пропорционально среднему значению части сигнала с более чем приблизительно 0,4 В мгновенно из-за двух медно-оксидных выпрямителей, всегда включенных последовательно, кривая передаточной функции которых имеет излом около 0,2 В. Сигналы, как правило, не имеют синусоидальной формы волны, даже если все они попадают в полосу пропускания VU-метра. Показание является средним значением напряжения, [10] и не является показателем мощности сигнала, которая пропорциональна среднему значению квадрата напряжения или среднеквадратичному значению (RMS). Однако как обычное показание VU оно выполняло свою функцию как указание а) общего уровня и динамики сигнала и б) близости к максимально допустимому уровню для операторов записывающего и вещательного оборудования. Обслуживающий персонал также мог использовать его в качестве измерительного прибора для проверки потерь при передаче и выравнивания уровня, при условии, что в качестве тестовых сигналов использовались исключительно синусоидальные волны.
Измеритель уровня громкости и его аттенюатор должны обеспечивать сопротивление цепи, к которой он подключен, 7500 Ом, измеренное с помощью синусоидального сигнала, который устанавливает индикатор на 0 дБ.
Первоначально VU-метр был разработан в 1939 году совместными усилиями Bell Labs и вещательных компаний CBS и NBC . [11] В 1970–1980-х годах заполненные неоновым светом плоские двойные дисплеи с 201 сегментом на стереоканал [12] были популярны среди вещателей в качестве быстрых столбчатых волюметров.
В индустрии потребительского аудио часто используются индикаторы громкости, не соответствующие никаким стандартам. [13]
Звукорежиссеры BBC называют измеритель уровня громкости «практически бесполезным» измерителем [14] , предпочитая ему PPM .
Академические исследования показали, что измеритель SVI или VU ведет себя иначе, чем измерители среднего значения и RMS. Баллистика, показанная этим прибором, в ответ на сигналы с большим крест-фактором, располагает его показания посередине между ними. Например, увеличение крест-фактора аудиосигнала на 3 дБ дает падение примерно на −3 дБ в измерителе RMS, на −6 дБ в среднем измерителе и на −4 дБ в измерителе VU. [15]
