Что такое тонкомпенсация?

Как вы наверное уже знаете, чувствительность человеческого уха к сигналам разных частот неодинакова: прежде всего, ухо имеет абсолютный порог слышимости, и для каждой частоты он фактически свой. Различия в восприятии разных частот наглядно демонстрируются так называемыми кривыми равной громкости (читайте также «О понятии громкости в цифровом представлении звука...»):

Здесь фоны — единицы субьективно воспринимаемой громкости, децибеллы — единицы уровня звукового давления. Таким образом, 80 фон на 3 кГц и 80 фон на 60 Гц — это совершенно разные уровни звукового давления, и второе значение будет, очевидно, больше.

Иными словами, в первом приближении, ухо человека более чувствительно к средним частотам и менее чувствительно к низким/высоким. Однако в нашем случае ключевым моментом является другой факт. Обратите внимание: кривые равной громкости имеют различную форму для каждого опорного уровня (фон). Что это значит? Ну, например, если запись (имеющая широкий спектр частот) у нас в целом звучит на уровне громкости 80 фон, а затем мы понижаем её громкость до 40 фон (на 40 дБ), крутизна «завала» на низких частотах значительно увеличивается. А это значит, что воспринимаемый нашим ухом баланс частот изменится: низкие частоты станут звучать тише. Кроме того, если установить достаточно низкую громкость, отдельные частотные составляющие могут опуститься ниже порога слышимости, то есть фактически перестанут быть слышны. Возможно, вы уже сталкивались с явлением, когда при понижении громкости в наушниках пропадают басы — это происходит именно потому, что они уходят за пределы слышимости.

Итак, у нас есть проблема: при изменении громкости меняется частотный баланс, а следовательно кардинально меняется звучание композиции. Решить эту проблему как раз и помогает технология, называемая тонкомпенсацией (англ. «loudness compensation»). Идеальный алгоритм тонкомпенсации работает следующим образом: в него заложен некий стандартный уровень звукового давления (как правило, это 90–92 dBSPL), для успешной работы алгоритма уровень громкости всех воспроизводимых записей должен быть приведён к этому уровню (например, такое приведение в обязательном порядке выполняется для звуковых дорожек к фильмам). Кроме того, усилитель, на котором установлена тонкомпенсация, должен быть также откалиброван, чтобы фактическая громкость воспроизведения «по умолчанию» была именно на этом уровне. Далее в алгоритм тонкомапенасции также заложено всё семейство кривых равной громкости (одна из них, проходящая через стандартный уровень громкости, является базовой). При изменении громкости регулятором усилителя включается тонкомпенсация: алгоритм вычисляет, какой именно КРГ уровень громкости соответствует в данный момент, после чего вычисляется разница между базовой КРГ и текущей КРГ. Затем эта разница компенсируется (нивелируется эффект частотного дисбаланса).

Стоит отметить, что успешная работа тонкомпенсации критическим образом зависит от правильности калибровки выходной громкости. Т. е. алгоритму должен быть известна и громкость записи, и громкость воспроизведения (т. е. уровень усиления всего тракта — и звуковой карты, и внешнего УНЧ, и т. д.). Если, например, вы измените уровень громкости в программном плеере, тонкомпенсация уже перестанет работать должным образом.

Также, по причине относительной сложности реализации вышеописанного алгоритма, в некоторых случаях тонкомпенсация сводится к тривиальному линейному увеличению уровня НЧ и ВЧ по мере понижении громкости.