podcast quotes-left quotes-right search menu arrow-up arrow-up2 google-plus3 facebook2 instagram telegram twitter vk youtube android rss2
[an error occurred while processing this directive]
AddThis Social Bookmark Button
Версия для печати

Цифровой диктофон в MP3-плеере. Общие принципы работы

Сам по себе диктофон – устройство уже довольно старое. За свою долгую жизнь он успел стать незаменимым, репортера, к примеру, просто невозможно представить себе без него. Любопытно, что первый коммерческий портативный аудиоплеер, Sony Walkman, фактически был модифицированным кассетным стереодиктофоном, выпускавшимся под маркой Pressman. Таким образом, судьбы этих двух типов устройств с самого начала были тесно переплетены.

Sony Pressman TCM-600 (слева) и первый Sony Walkman TPS-L2 (справа) (фото с сайта www.ericwrobbel.com)

Первые попытки оснастить MP3-плеер возможностями цифрового диктофона начались достаточно рано, фактически через полгода – год после появления устройств на рынке. Производителей привлекала дешевизна нововведения, MP3-плеер уже имел большую часть необходимой схемотехники – память, DSP. Фактически, чтобы устройство смогло записывать звуки окружающего мира, было необходимо всего лишь добавить микрофон. В принципе, был нужен также и АЦП, но в большинстве плееров уже использовался кодек, совмещающий в себе ЦАП и АЦП, так что с этим не было проблем.

Наиболее передовыми в этом направлении выступили расплодившиеся в начале 2000-х годов корейские производители. Для их аппаратов наличие функциональности цифрового диктофона к концу 2002 года уже стало стандартом. Китайские компании шли по стопам северо-восточных соседей. Только отдельные крупные игроки, наподобие Apple или Sony, остались в стороне от этой моды.

MpioMP-10 – один из первых MP3-плееров со встроенным микрофоном

Из богатого набора немузыкальной функциональности современного MP3-плеера возможность записи голоса соперничает с наличием встроенного радиоприемника за титул самой востребованной функции. Неудивительно, ведь эта возможность может оказаться полезной самому широкому кругу людей, как в учебе, профессиональной деятельности, так и в обычной жизни.

Портативный звукозаписывающий аппарат может быть полезен деловому человеку для записи переговоров, совещаний. Учащиеся могут использовать его на лекциях, семинарах, при подготовке к экзаменам. Возможность вести персональный аудиодневник, записывать свои мысли может прийтись кстати кому угодно. Становящийся все более популярным подкастинг делает последнюю возможность еще востребованней. Распространено использование подобных устройств и в шпионских целях, как относительно легально, к примеру, службами внутренней безопасности компаний, так и не вполне законно, частными лицами. Словом, сфера применения у портативных звукозаписывающих аппаратов широкая, и спрос на них немал. По мере того, как все большая масса людей приобщается к т.н. «цифровой культуре», Интернету, компьютерам, мобильным устройствам, этот спрос также растет.

Компания Olympus иллюстрирует сферы применения своих диктофонов

Тот факт, что значительная часть имеющихся в продаже MP3-плееров оснащена возможностями звукозаписи, ставит перед потребителем вопрос: что предпочесть – цифровой диктофон или MP3-плеер с этой функцией? Плеер привлекает богатыми возможностями: помимо собственно музыки и записи они также могут служить накопителями, в них часто встроен FM-радиоприемник. Как правило, в них установлено больше памяти, часто они дешевле и их выбор гораздо больше. Производители диктофонов говорят о качестве записи, об эргономике и эксклюзивных функциях.

Является ли современный MP3-плеер действительно полноценной заменой профессионального диктофона? Или это лишь лукавство маркетинговых отделов, и покупатель будет жестоко разочарован? Это вопрос, на который мы попытаемся ответить, освещая функциональность звукозаписи в цифровых аудиоплеерах.

MP3-плеер, чтобы выполнять функции диктофона, должен иметь следующий набор:

  • Микрофон
  • Усилитель сигнала с микрофона
  • Аналогово-цифровой преобразователь
  • Процессор для обработки цифровых сигналов

Рассмотрим эти элементы подробнее.

Микрофон

Первым элементом является микрофон. У плееров, равно как и у диктофонов, он является встроенным, т.е. распаян непосредственно на печатной плате.

Так выглядит микрофоны, устанавливаемые в MP3-плееры

И в цифровых диктофонах, и в плеерах используются электретные конденсаторные мономикрофоны. Этот тип появился в 60-х годах и обеспечивает высокое качество записи при минимальных размерах. Характеристики микрофонов, использующихся в плеерах и в диктофонах, вполне сопоставимы, возможно, лишь с минимальным преимуществом последних. Их чувствительность варьируется в районе -50 – -40 дБ/Па, что сопоставимо с качественными внешними микрофонами. Частотные характеристики также хороши: ровная АЧХ на всем диапазоне человеческого голоса.

АЧХ типичного электретного конденсаторного микрофона, используемого в MP3-плеерах

При грамотной реализации остальных элементов этих характеристик вполне достаточно для качественной звукозаписи.

Помимо характеристик непосредственно микрофонного модуля, немалое значение имеет его расположение. Хотя используемые в портативных устройствах микрофоны являются всенаправленными и не обязательно должны быть направлены в сторону источника звука, неграмотное расположение микрофона может серьезно повлиять на качество записи. Здесь диктофоны часто имеют преимущество. Ведь для MP3-плеера большое значение имеет дизайн, внешний вид, имиджевая составляющая. Из-за этого разработчики часто ограничены в выборе расположения микрофона. Так как последний расположен на плате, звук поступает к нему через отверстия в корпусе. И они в результате могут быть расположены в таком нелепом месте, что пользователь во время записи будет в большинстве случаев загораживать их рукой, иначе плеер просто будет неудобно держать, не говоря уж об управлении им.

Такими крошечными отверстиями где-то в боковине задней части корпуса иногда ограничиваются производители MP3-плееров

Кроме того, необходимо по возможности изолировать микрофон от вибраций корпуса. Иначе, просто держа плеер в руках, пользователь рискует заглушить полезный сигнал. Разработчикам плееров не всегда удается сделать это удачно.

Следует заметить, что всенаправленные микрофоны не всегда являются наилучшими решениями, если пользователь заинтересован в записи лишь одного локализованного источника звука (что случается довольно часто), узконаправленные микрофоны, безусловно, предпочтительны. Однако реализовать их в миниатюрных размерах и копеечной стоимости, необходимой в случае MP3-плееров, не представляется возможным.

Типичные диаграммы направленности микрофонов (с сайта ncarts.edu). В MP3-плеерах мы найдем только первый тип

Встроенный микрофон вообще не всегда удобен, поэтому с цифровыми диктофонами часто используется микрофон внешний. Это удобно при интервью, при скрытой записи. Кроме того, внешний микрофон может быть стерео. Поэтому большинство диктофонов оснащены разъемом для подключения внешнего микрофона, и многие имеют его в комплекте. MP3-плеерам здесь похвастаться нечем. Хотя определенная их часть имеет линейный аудиовход, предназначен он для записи с мощного источника и в большинстве случаев не справляется со слабым сигналом от внешнего микрофона. Плееры, в которых линейный вход имеет дополнительный усилитель сигнала, можно пересчитать по пальцам.

Разнообразие внешних микрофонов, которые можно подключить к цифровому диктофону

Отсутствие или ограниченная возможность записи кроме как со встроенного микрофона ограничивает возможности плеера и в других сферах. Так, многие цифровые диктофоны имеют возможность записи с телефонной линии – обычно используются специальные переходники, вставляющиеся в разрыв линии и подключающиеся к аппарату. По уже указанным выше причинам для большинства MP3-плееров эта возможность недоступна.

Схема подключения адаптера для записи с телефонной линии

Таким образом, пользователи MP3-плееров в большинстве случаев вынуждены довольствоваться встроенным электретным микрофоном, который сам по себе обычно достаточно качественен, но может быть неудачно расположен в конструкции плеера. Не следует забывать, что они являются всенаправленными и от этого порой малоэффективными в шумных помещениях, особенно если поблизости оказываются несколько сильных источников звука.

Здесь следует обратить внимание на компании, специализирующиеся, помимо плееров, на выпуске цифровых диктофонов. Их продукция часто отличается продуманным расположением встроенного микрофона и возможностью подключения внешних средств записи. К сожалению, в силу малого масштаба бизнеса таких фирм их продукция зачастую страдает от других болезней.

Пионеры в области производства цифровых диктофонов в Корее, компании Safa и Maycom, в 2003-2005 гг. выпускали MP3-плееры с достаточно мощной диктофонной функциональностью

Усиление и оцифровка

Сигнал с микрофона необходимо усилить. Современные платформы или кодеки, в случае если плеер имеет отдельную микросхему ЦАП-АЦП, имеют встроенный усилитель для микрофонного входа. Это позволяет подключать микрофон практически непосредственно к платформе или кодеку. Усиление на большинстве платформ не поддается программному регулированию, тем самым возможность корректировать уровень сигнала на аналоговом уровне отсутствует.

Встроенный усилитель на входном тракте для микрофона – платформа Sigmatel STMP3500

После усиления сигнал преобразуется в цифровую форму с помощью АЦП. Это может осуществляться силами отдельно стоящего или встроенного в платформу кодека. В большинстве случаев возможностей АЦП с избытком хватает на обработку голосовой информации. Кодеки, применяющиеся в современных плеерах, поддерживают частоту семплирования до 96 кГц при соотношении сигнал/шум 95 дБ и коэффициенте гармонических искажений -82 дБ. Естественно, при работе плеера в качестве диктофона эти возможности используются не на 100%, для передачи частотного диапазона человеческой речи вполне достаточно семплирования 16 кГц. Таким образом, АЦП на большинстве плееров также не являются «узким местом», имеют избыток мощности. На практике это можно видеть хотя бы по тому, с каким качеством эти кодеки оцифровывают сигнал с линейного входа – не идеал, но для диктофона более чем достаточно.

После усиления сигнал с микрофона поступает на встроенный АЦП  – платформа Sigmatel STMP3500

Обработка оцифрованного сигнала

Оцифрованный сигнал поступает в распоряжение DSP. Здесь разные плееры в зависимости от платформы и прошивки предлагают разные возможности. Их можно разделить на обработку сигнала и его сжатие.

Встроенный 24-битный DSP занимается обработкой и сжатием входящих сигналов – платформа Sigmatel STMP3500

За десятилетия существования диктофонов их производители придумали немало функций, облегчающих жизнь их пользователям. Появление цифровых диктофонов позволило расширить этот список, т.к. цифровые DSP предоставляют самые широкие возможности обработки сигнала.

В MP3-плеерах мы видим разный подход к этому вопросу. В зависимости от производителя и модели мы можем найти как лишь практически нулевую функциональность, так и вполне приличный набор возможностей, позволяющий плееру соперничать с полноценным диктофоном. Далее мы приведем функции, наиболее востребованные в современных диктофонных аппаратах.

Голосовая активация

Эта возможность реализована во всех диктофонах сколь-либо значимых производителей. Она не стандартизирована и у разных компаний называется по-разному:

Panasonic – VAS (Voice Activated System)
Olympus – VCVA (Variable Control Voice Actuator)
Sony – VOR (Voice operated recording)
Philips – Voice activation
Sanyo – VAR (Voice Activated Recording )
Safa – VOR (Voice On Recording)
Прочие – VAD (Voice activity detection), SAD (Sound activity detection)

Во всех случаях имеется в виду одно и то же – устройство анализирует уровень входного сигнала и если он ниже определенного порога, т.е. ничего достойного записи не звучит, приостанавливает запись. Это же позволяет диктофону при включении пользователем записи переходить в режим ожидания, если входящий сигнал отсутствует, т.е. в условиях тишины. Таким образом, запись начнется только когда, наконец, будет чего записывать. Смысл этой функции очевиден: она позволяет экономить, во-первых, место в памяти, во-вторых, время при прослушивании записи. Вместе с тем у пользователя должна быть возможность отключить эту функцию, так как иногда необходимо записывать все «как есть», с тишиной, например, если необходим точный хронометраж сигнала.

Надо помнить, что запись может вестись в разных условиях, и понятие «тишины», которую не нужно записывать, может различаться. Иногда это полное отсутствие любых звуков, иногда – чуть слышный фоновой гул, иногда – сильный шум, лишь немногим уступающий по громкости полезному сигналу. Поэтому хороший звукозаписывающий аппарат позволяет пользователю настраивать чувствительность голосовой активации в зависимости от окружающей среды.

Ситуации, на которые должна быть рассчитана работа качественной голосовой активации (с сайта mri.co.jp):

  1. окружающий шум частично накладывается на начало или окончание речи
  2. окружающий шум накладывается на всю речь
  3. окружающий шум накладывается на фрагмент внутри речи

В MP3-плеерах голосовая активация встречается в моделях среднего и высокого ценового диапазона, в основном корейской разработки. Добротно реализованную активацию с настройкой чувствительности можно найти только у некоторых производителей. К сожалению, порой эта функция присутствует только для виду, т.е. она имеется в меню, но в реальности не работает или работает из рук вон плохо. В этой ситуации создается впечатление, что разработчики считают пользователей за «лохов», которые либо никогда не будут пользоваться этой функцией, либо не способны понять, работает она или нет. В плеерах, где активация все же работает, работа эта не всегда качественна: аппарат может «проглатывать» слова или, наоборот, записывать шум. Если эта функция важна для вас, рекомендуется не верить слепо надписям, а испытать устройство перед покупкой.

На упаковке плееров можно обнаружить подобную рекламную картинку. Но она еще не гарантирует качественной работы функции голосовой активации

Настройка чувствительности микрофона

Технически это представляет собой настройку степени усиления входящего сигнала с помощью DSP. В условиях отсутствия фонового шума усиление сигнала («увеличение чувствительности микрофона») помогает при записи тихих или отдаленных источников звука. Наоборот, если фоновой шум силен (например, в толпе, на улице), нормализация или даже ослабление сигнала («снижение чувствительности микрофона») могут помочь отрезать отдаленные фоновые шумы. Таким образом, настройки чувствительности микрофона следует подбирать под характер и силу фонового шума.

Чувствительность микрофона на диктофоне Olympus выставлена на значение «высокая» (фото с сайта cali.org)

Настройка чувствительности также полезна при записи с источников, находящихся на разных расстояниях: при записи в паре сантиметров от микрофона чувствительность лучше опустить на низкий уровень, чтобы избежать перегрузки, а если источник звука метрах в десяти, то ее следует поставить на максимум, чтобы услышать хоть что-то из записанного.

Настройка чувствительности может быть автоматической (AGC, Automatic Gain Control или по-русски АРУ – автоматическая регулировка усиления), при которой диктофон будет самостоятельно усиливать или ослаблять входящий сигнал, чтобы удерживать его на оптимальном уровне.

Также она может быть ручной, в этом случае уровень усиления сигнала будет выбираться пользователем. Если диктофон имеет возможность мониторинга записи (см. ниже), пользователь может иметь возможность регулировать мощность сигнала «на лету». В противном случае он настраивает ее в меню.

Настройка чувствительности имеется у большинства диктофонов, но относительно редкий гость на плеерах. Плеер с возможностью как автоматической, так и ручной настройки чувствительности вообще едва ли можно найти.

Мониторинг записи

Это возможность прослушивать записываемый сигнал в реальном времени через наушники. Дает возможность «What You Hear Is What You Get», т.е. услышать запись такой, какой она будет записана, и оперативно корректировать настройки. Эта возможность полезна в сочетании с возможностью управлять чувствительностью «на лету». Далеко не все MP3-плееры позволяют это.

Многие диктофоны Sony имеют функцию Voice Mirror. Она выражается в наличии на корпусе устройства светодиода, который светится при поступлении на микрофон сигнала. Эта функция позволяет вести мониторинг записи со стороны и даже издалека, это полезно, особенно если работает голосовая активация. К сожалению, в MP3-плеерах это средство мониторинга не получило распространения.

Светодиод VoiceMirror слева от клавиши записи на MD-рекордере от Sony

Прочее

Компании, специализирующиеся в производстве диктофонов, такие, как Sony, Olympus, имеют фирменные технологии обработки сигнала, повышающие качество записи, позволяющие записывать сигнал на значительных расстояниях, к примеру, Digital Voice Up от Sony. Производители MP3-плееров, к сожалению, не балуют потребителя подобным.

Сжатие сигнала

Сжатие голосовой информации несколько отличается от сжатия музыки. Человеческая речь имеет относительно узкую частотную полосу, и на первом месте стоит разборчивость, а не качество звучания. Кроме того, речевые записи могут иметь продолжительность, намного превышающую записи музыкальные, что требует высокой степени сжатия для экономии места в памяти. Форматы, используемые при сжатии речевой информации в диктофонах и MP3-плеерах, можно разделить на две группы: форматы общего назначения и специальные голосовые кодеки. В таблице ниже приведено большинство этих форматов.

Форматы общего назначения

Название Расширение Владелец Битрейт Минимальный битрейт, используемый при записи в портативных устройствах Где используется Универсальность
Pulse-code modulation (PCM) WAV Industry Standard, телефония 64-1411 кб/с 64 кб/с Плееры (редко) Проигрывается большинством программных плееров и некоторыми аппаратными
Triple rate codec (TRC) DVR, другие Industry Standard, телефония Full Rate 13 кб/с
Enhanced Full Rate 12,2 кб/с
Half Rate 5,6 кб/с
5,6 кб/с Диктофоны Нужно перекодирование
MPEG Audio Layer 3 (MP3) MP3 Industry Standard, аудио MPEG-1 32-320 кб/с
MPEG-2,5 8-320 кб/с
16 кб/с (32 кб/с) Плееры, диктофоны Проигрывается большинством программных плееров и аппаратных плееров
Windows Media Audio (WMA) WMA Microsoft   32 кб/с Плееры, диктофоны Проигрывается большинством программных плееров и аппаратных плееров

 

Голосовые кодеки

Название Расширение Владелец Битрейт Минимальный битрейт, используемый при записи в портативных устройствах Где используется Универсальность
Adaptive Differential (или Delta) pulse-code modulation (ADPCM) WAV Industry Standard, телефония 16-605 кб/с 32 кб/с Плееры (часто), диктофоны Проигрывается большинством программных плееров и аппаратных плееров
Long-term Predicted Excitation Coding (LPEC) DVF (Digital Voice File)
MSV (Memory Stick Voice)
Sony 6-18 кб/с 6 кб/с Диктофоны Нужно перекодирование
Digital Speech Standard (DSS) DSS Olympus, Philips 6,5-14 кб/с 6,5 кб/с Диктофоны Нужно перекодирование
Telechips voice file (TVF) TVF Telechips 6-8 кб/с 6 кб/с Плееры (редко) Нужно перекодирование
Actions voice codec (ACT) ACT Actions Semiconductor 8-32 кб/с 8 кб/с Плееры Нужно перекодирование

 

Сегодня подавляющее большинство MP3-плееров ведут запись в ADPCM. Отдельные аппараты, в основном среднего и высокого ценовых диапазонов, записывают в MP3- или WMA-форматы. Наконец, у очень небольшого количества устройств имеется поддержка низкобитрейтных голосовых кодеков. По этому параметру большинство плееров не дотягивает до диктофонов среднего ценового диапазона с Triple Rate Codec, не говоря уже о дорогих диктофонах с фирменными голосовыми кодеками.

Соотношение качество/объем файла: ADPCM < MP3/WMA < голосовые кодеки

Большинство форматов предлагают несколько настроек качества. Они могут быть как «для чайников», «низкое, среднее, высокое», так и в виде выбора битрейта. Последнее характерно как раз для MP3-плееров и является их достоинством. Отдельные плееры позволяют настраивать отдельно битрейт и частоту дискретизации.

Этот MP3-плеер корейского производства позволяет пользователю настраивать частоту дискретизации и битрейт записи

Выводы

В принципе, MP3-плеер имеет в наличии большинство элементов, необходимых для реализации полноценного цифрового диктофона. Это хороший микрофон, высококачественный АЦП и мощный DSP.

Однако разработчики в большинстве случаев не используют их возможности на 100%. В результате по функциональности плеер в качестве цифрового диктофона уступает специализированным устройствам.

Поэтому перед покупкой следует хорошенько обдумать свои потребности и решить, что именно нужно от звукозаписывающего устройства. Возможностей MP3-плеера вполне хватает для решения простейших задач, но если вы собираетесь использовать его профессионально, то, возможно, будете разочарованы.

Цифровой диктофон в MP3-плеере. Эксплуатация>>>

Диктофон в MP3-плеере. Обзор рынка>>>

Алексей Дорожин (adoro@list.ru)
Опубликовано - 11 апреля 2007 г.

Есть, что добавить?! Пишите... eldar@mobile-review.com

 
Новости:

18.10.2017 ZTE разложила складной смартфон с двумя экранами – Axon M

Hit

17.10.2017 Видео на канале: Обзор детских трекер часов LEXAND Kids Radar

Hit

17.10.2017 Видео на канале: Обзор ASUS Zenfone 4

Hit

17.10.2017 Видео на канале: Обзор Xiaomi Mi Mix 2

Hit

17.10.2017 Видео на канале: iOS 11 и ARKit

17.10.2017 Первая партия iPhone X составит всего 46,5 тысяч аппаратов

17.10.2017 HMD представит новый Nokia в Китае в четверг

17.10.2017 Apple снова заплатит штраф VirnetX

17.10.2017 Xiaomi рассчитывает поставит 90 миллионов смартфонов за год

17.10.2017 М.Видео: онлайн-рынок смартфонов в России за 9 месяцев 2017 года

17.10.2017 Huawei представила для российского рынка новый смартфон Honor 6C Pro

17.10.2017 ESET и Google объединяются для борьбы с вредоносным ПО

17.10.2017 Qualcomm представила новый процессор среднего уровня – Snapdragon 636

17.10.2017 Qualcomm анонсировала коммерчески доступный 5G модем на Snapdragon X50

Hit

16.10.2017 Видео на канале: Знакомство с Huawei Mate 10 Pro

Hit

16.10.2017 Видео на канале: Обзор Samsung Gear Fit 2 Pro

Hit

16.10.2017 Видео на канале: Apple iPhone спустя 10 лет

16.10.2017 Huawei представил флагманские смартфоны Mate 10 и Mate 10 Pro

16.10.2017 Московский суд решил оштрафовать Telegram за отказ сотрудничать с ФСБ

16.10.2017 Qualcomm хочет запретить в Китае продажу iPhone

16.10.2017 «Почта России» предлагает снизить беспошлинный ввоз товаров из интернет-магазинов до 25 Евро

16.10.2017 Canon представила новый компакт – PowerShot G1 X Mark III, оснащённый APS-C сенсором

16.10.2017 В России появится свой собственный крипторубль

13.10.2017 Huawei Mate 10 получит вариант Porsche Design

13.10.2017 Каждый четвертый пользователь смартфона проводит с ним более 7 часов

Подписка
 
© Mobile-review.com, 2002-2017. All rights reserved.