Динамический диапазон: Динамический диапазон в цифровой фотографии

Динамический диапазон в цифровой фотографии

Динамический диапазон в фотографии описывает соотношение между максимальной и минимальной измеримой интенсивностью света (белым и чёрным, соответственно). В природе не существует абсолютно белого или чёрного — только различные степени интенсивности источника света и отражательной способности предмета. В силу этого концепция динамического диапазона усложняется и зависит от того, описываете ли вы записывающий прибор (такой как камера или сканер), воспроизводящий (такой как отпечаток или дисплей компьютера) или собственно предмет.

Как и при управлении цветом, каждое устройство в приведенной выше цепи передачи изображения имеет свой собственный динамический диапазон. В отпечатках и дисплеях ничто не может стать ярче, чем белизна бумаги или максимальная интенсивность пикселя, соответственно. По сути, ещё один прибор, который не был упомянут выше, это наши глаза, у которых тоже есть свой собственный динамический диапазон. Передача информации из изображения между устройствами таким образом может повлиять на его воспроизведение. Следовательно, концепция динамического диапазона полезна для относительного сравнения исходной сцены, вашей камеры и изображения на вашем экране или на отпечатке.

Влияние света: освещённость и отражение

Интенсивность освещения может быть описана в терминах падающего и отражённого света; каждый из них вносит свою лепту в динамический диапазон сцены (см. статью «Как цифровые камеры замеряют экспозицию»).

Сильное отражение	Неравномерно падающий свет

Сцены с высокими вариациями яркостей отражённого света, например, содержащие чёрные объекты вдобавок к сильным отражениям, могут в действительности иметь более широкий динамический диапазон, чем сцены с большой вариативностью падающего света. В любом из этих случаев фотографии могут запросто превысить динамический диапазон вашей камеры, особенно если не следить за экспозицией.

Точное измерение интенсивности света, или освещённости, следовательно, является критическим для оценки динамического диапазона. Здесь мы используем термин «освещённость», чтобы определить исключительно падающий свет. Как освещённость, так и яркость обычно измеряются в канделах на квадратный метр (кд/м

2). Приблизительные значения для часто встречающихся источников освещения приведены ниже.

Здесь мы видим, что возможны большие вариации в падающем свете, поскольку вышеприведенная диаграмма отградуирована в степенях десяти. Если сцена неравномерно освещена как прямым, так и рассеянным солнечным светом, одно это может невероятно расширить динамический диапазон сцены (как видно из примера с закатом в каньоне с частично освещённой скалой).

Цифровые камеры

Несмотря на то, что физический смысл динамического диапазона в реальном мире — это всего лишь соотношение между наиболее и наименее освещёнными участками (контраст), его определение становится более сложным при описании измерительных приборов, таких как цифровые камеры и сканеры. Вспомним из статьи о сенсорах цифровых камер, что свет сохраняется каждым пикселем в своего рода термосе.

Размер каждого такого термоса, в дополнение к тому как оценивается его содержимое, и определяет динамический диапазон цифровой камеры.

Уровень чёрного (ограничен шумом)	Уровень белого (полный термос)	Меньший уровень белого (термос малого объёма)

Фотопиксели удерживают фотоны, как термосы сохраняют воду. Следовательно, если термос переполняется, вода выливается наружу. Переполненный фотопиксель называют насыщенным, и он неспособен распознать дальнейшее поступление фотонов — тем самым определяя уровень белого камеры. Для идеальной камеры её контраст в таком случае определялся бы числом фотонов, которое может быть накоплено каждым из фотопикселей, поделенным на минимальную измеримую интенсивность света (один фотон). Если в пикселе может сохраниться 1000 фотонов, контрастность будет 1000:1. Поскольку ячейка большего размера может накопить больше фотонов,

у цифровых зеркальных камер динамический диапазон обычно больше, чем у компактных камер (в силу большего размера пикселей).

Примечание: в некоторых цифровых камерах существует дополнительная настройка низкого ISO, которая снижает шум, но также и сужает динамический диапазон. Это происходит потому, что такая настройка в действительности переэкспонирует изображения на одну ступень и впоследствии обрезает яркости — увеличивая таким способом светосигнал. Примером могут служить многие камеры Canon, которые имеют возможность снимать в ISO 50 (ниже обычного ISO 100).

В действительности потребительские камеры не могут подсчитать фотоны. Динамический диапазон ограничен наиболее тёмным тоном, для которого более невозможно различить текстуру — его называют уровнем чёрного. Уровень чёрного ограничен тем, насколько точно можно измерить сигнал в каждом фотопикселе и, следовательно, ограничен снизу уровнем шума. В результате

динамический диапазон как правило увеличивается при снижении числа ISO, а также у камер с меньшей погрешностью измерения.

Примечание: даже если бы фотопиксель мог подсчитать отдельные фотоны, подсчёт тем не менее был бы ограничен фотонным шумом. Фотонный шум создаётся статистическими колебаниями и представляет теоретический минимум шума. Итоговый шум является суммой фотонного шума и погрешности считывания.

В целом, динамический диапазон цифровой камеры таким образом может быть описан как соотношение между максимальной (при насыщении пикселя) и минимальной (на уровне погрешности считывания) измеримой интенсивностью света. Наиболее распространённой единицей измерения динамического диапазона цифровых камер является f-ступень, которая описывает разницу в освещённости в степенях числа 2. Контраст 1024:1 в таком случае может быть также описан как динамический диапазон из 10 f-ступеней (поскольку 2

10 = 1024).В зависимости от применения, каждая f-ступень может быть также описана как «зона» или «eV».

Сканеры

Сканеры оцениваются по тому же соотношению насыщенности и шума, как и динамический диапазон цифровых камер, за исключением того, что они описываются в терминах плотности (D). Это удобно, поскольку концептуально аналогично тому, как пигменты создают цвет на отпечатке, как показано ниже.

Слабое отражение (высокая плотность)	Сильное отражение (низкая плотность)	Высокая плотность пигмента (тёмный тон)	Низкая плотность пигмента (светлый тон)

Общий динамический диапазон в терминах плотности таким образом выглядит как разница между максимальной (D_max) и минимальной (D_min) плотностями пигмента. В отличие от степеней 2 для f-ступеней, плотность измеряется в степенях 10 (так же, как и шкала Рихтера для землетрясений). Таким образом, плотность 3.0 представляет контраст 1000:1 (поскольку 10^3.0 = 1000).

Исходный динамический диапазон
Динамический диапазон сканера

Вместо указания диапазона плотности производители сканеров обычно указывают только значение D_max, поскольку D_max — D_min обычно приблизительно равно D_max. Это потому, что в отличие от цифровых камер, сканер контролирует свой источник света, гарантируя минимальную засветку.

Для высокой плотности пигмента к сканерам применимы те же ограничения по шуму, что и для цифровых камер (поскольку оба они используют массив фотопикселей для измерения). Таким образом, измеримая D_max тоже определяется шумом, присутствующим в процессе считывания светосигнала.

Сравнение

Динамический диапазон варьируется настолько широко, что его часто измеряют логарифмической шкалой, аналогично тому как крайне различные интенсивности землетрясений измеряются одной шкалой Рихтера. Здесь приведен максимальный измеримый (или воспроизводимый) динамический диапазон для различных устройств в любых предпочитаемых единицах (f-ступени, плотность и соотношение контраста). Наведите курсор на каждый из вариантов, чтобы их сравнить.

Выберите единицу измерения:
f-ступени	плотность	контрастность

Выберите тип диапазона:
Печать	Сканеры	Цифровые камеры	Мониторы

Обратите внимание на огромную разницу между воспроизводимым динамическим диапазоном печати и измеримым сканерами и цифровыми камерами. Сравнивая с реальным миром, это разница между примерно тремя f-ступенями в облачный день с практически ровным отражённым светом и 12 и более f-ступенями в солнечный день с высококонтрастным отражённым светом.

Использовать вышеуказанные цифры следует с осторожностью: в действительности динамический диапазон отпечатков и мониторов сильно зависит от условий освещения. Отпечатки при неверном освещении могут не показать свой полный динамический диапазон, тогда как мониторы требуют практически полной темноты, чтобы реализовать свой потенциал — особенно плазменные экраны. Наконец, все эти цифры являются всего лишь грубыми приближениями; реальные значения будут зависеть от наработки прибора или возраста отпечатка, поколения модели, ценового диапазона и т.д.

Учтите, что контрастность мониторов зачастую сильно завышена, поскольку для них не существует стандарта производителя. Контрастность свыше 500:1 зачастую является результатом очень тёмной чёрной точки, а не более яркой белой. В связи с этим нужно уделять внимание как контрастности, так и яркости. Высокая контрастность без сопутствующей высокой яркости может быть полностью сведена на нет даже рассеянным светом от свечи.

Человеческий глаз

Человеческий глаз может в действительности воспринимать более широкий динамический диапазон, чем это обычно возможно для камеры. Если учитывать ситуации, в которых наш зрачок расширяется и сужается, адаптируясь к изменению света, наши глаза способны видеть в диапазоне величиной почти 24 f-ступеней.

С другой стороны, для корректного сравнения с одним снимком (при постоянной диафрагме, выдержке и ISO) мы можем рассматривать только мгновенный динамический диапазон (при неизменной ширине зрачка). Для полной аналогии нужно смотреть в одну точку сцены, дать глазам адаптироваться и не смотреть при этом ни на что другое. В этом случае существует большая несогласованность, поскольку чувствительность и динамический диапазон наших глаз меняется в зависимости от яркости и контраста. Наиболее вероятным будет диапазон из 10-14 f-ступеней.

Проблема этих чисел в том, что наши глаза исключительно адаптивны. Для ситуаций исключительно неяркого звёздного света (когда наши глаза используют палочки для ночного видения) они достигают даже более широких мгновенных динамических диапазонов (см. «Цветовое восприятие человеческого глаза»).

Глубина цветности и измерение динамического диапазона

Даже если бы чья-то камера могла охватить большую часть динамического диапазона, точность, с которой измерения света преобразуются в цифры, может ограничить применимый динамический диапазон. Рабочая лошадка, которая занимается преобразованием непрерывных результатов измерений в дискретные числовые значения, называется аналогово-цифровым преобразователем (АЦП). Точность АЦП может быть описана в терминах разрядности, аналогично разрядности цифровых изображений, хотя следует помнить о том, что эти концепции неявляются взаимозаменяемыми. АЦП создаёт значения, которые хранятся в файле формата RAW.

Разрядность АЦП	Контрастность	Динамический диапазон
		f-ступени	плотность
8	256:1	8	2.4
10	1024:1	10	3.0
12	4096:1	12	3.6
14	16384:1	14	4.2
16	65536:1	16	4.8

Примечание: вышеприведенные значения отражают только точность АЦП и не должны
использоваться для интерпретации результатов для 8 и 16-битных файлов изображений.
Далее, для всех значений показан теоретический максимум, как если бы шум отсутствовал.
Наконец, эти цифры справедливы только для линейных АЦП, а разрядность
нелинейных АЦП необязательно коррелирует с динамическим диапазоном.

В качестве примера, 10 бит глубины цветности преобразуются в диапазон возможных яркостей 0-1023 (поскольку 2¹⁰ = 1024 уровня). Предполагая, что каждое значение на выходе АЦП пропорционально актуальной яркости изображения (то есть, удвоение значения пикселя означает удвоение яркости), 10-битная разрядность может обеспечить контрастность не более 1024:1.

Большинство цифровых камер используют АЦП с разрядностью от 10 до 14 бит, так что их теоретически достижимый максимальный динамический диапазон составляет 10-14 ступеней. Однако такая высокая разрядность всего лишь помогает минимизировать постеризацию изображения, поскольку общий динамический диапазон обычно ограничен уровнем шума. Подобно тому, как большая разрядность изображения необязательно подразумевает большую глубину его цветности, наличие в цифровой камере высокоточного АЦП необязательно означает, что она в состоянии записать широкий динамический диапазон. На практике динамический диапазон цифровой камеры даже не приближается к теоретическому максимуму АЦП; в основном 5-9 ступеней — это всё, чего можно ожидать от камеры.

Влияние типа изображения и кривая цветности

Могут ли файлы цифровых изображений в действительности записать полный динамический диапазон высококлассных приборов? В интернете наблюдается большое непонимание взаимосвязи разрядности изображения с записываемым динамическим диапазоном.

Для начала следует разобраться, говорим мы о записываемом или отображаемом динамическом диапазоне. Даже обыкновенный 8-битный файл формата JPEG может предположительно записать бесконечный динамический диапазон — предполагая, что во время преобразования из формата RAW была применена кривая цветности (см. статью о применении кривых и динамическом диапазоне), и АЦП имеет требуемую разрядность. Проблема кроется в использовании динамического диапазона; если слишком малое число бит распространить на слишком большой диапазон цвета, это может привести к постеризации изображения.

С другой стороны, отображаемый динамический диапазон зависит от коррекции гаммы или кривой цветности, подразумеваемой файлом изображения или используемой видеокартой и монитором. Используя гамму 2.2 (стандарт для персональных компьютеров), было бы теоретически возможно передать динамический диапазон из практически 18 f-ступеней (об этом расскажет глава о коррекции гаммы, когда будет написана). И даже в этом случае он мог бы пострадать от сильной постеризации. Единственным на сегодня стандартным решением для получения практически бесконечного динамического диапазона (без видимой постеризации) является использование файлов расширенного динамического диапазона (HDR) в Photoshop (или другой программе, например, с поддержкой формата OpenEXR).

Что такое динамический диапазон? Теория и практика — Сайт профессионального фотографа в Киеве

Многие слышали о таком понятии, как динамический диапазон. В фотографии и видеосъёмке это — возможность камеры одновременно отобразить на одном кадре как светлые, так и темные детали сцены. Ширина спектра оттенков от полностью чёрного до полностью белого и называется динамическим диапазоном.

Наши глаза способны улавливать гораздо больше перепадов освещённости, чем современные камеры. Задача камер же состоит в том, чтобы максимально приблизиться к тому, что мы видим. На фото ниже показано, как выглядит один и тот же кадр с низким динамическим диапазоном (мало информации в тенях и светах) и с высоким (хорошая проработка теневых и светлых зон).

От чего зависит динамический диапазон?

Есть два основных фактора — программный и аппаратный.

Один из главных программных методов заключается в склейке нескольких кадров для получения максимального количества информации в одной итоговой фотографии. Такой метод называется HDR-фотография. Сейчас он активно применяется в телефонах. Кстати, мы можем посмотреть, как отличается фото с HDR на телефоне и 1 фотография без склеек, обработанная из raw файла с камеры Fujifilm X-T3 + объектив 12mm.

Если клеить несколько фото в ручном режиме, то это делается за счёт брекетинга по экспозиции. То есть, вы делаете серию кадров с различной степенью освещённости, чтобы запечатлеть как тёмные участки снимаемой сцены, так и светлые. Подробно об этом я рассказал в этом видео:

Но это мы говорили о программном расширении динамического диапазона. С аппаратной точки зрения важен размер и тип матрицы вашей камеры. Если у современных телефонов отнять программные улучшения, то вы получите очень грустную картинку. Фотоаппараты с большими матрицами же способны выдавать широкий динамический диапазон и без склейки кадров.

Ширина динамического диапазона в фотоаппаратах зависит от следующих факторов:

• тип матрицы
• размер матрицы

Важен тип матрицы. Например, кроп-камеры Fujifilm с BSI матрицей (обратная засветка) дают бОльший динамический диапазон по сравнению с камерами с обычными CMOS сенсорами. Убедиться в этом можно, посмотрев графики на этом сайте.

Но, в любом случае, на первом месте стоит размер сенсора. Полный кадр всегда будет иметь преимущество перед кропом. А средний формат перед полным кадром.

Микра 4/3 ощутимо уступает в динамическом диапазоне кроп-камерам. С полным кадром её даже не надо сравнивать. APS-C камеры ощутимо лучше передают световые оттенки относительно микры 4/3. Сравнение микры и кропа тут. Я тут говорю о фотографии, с видео похоже, но есть нюансы.

Также имейте в виду, что кадры снятые на высоких ISO, будут иметь значительно более низкий ДД по сравнению с базовыми значениями. По этой причине, серьёзный фотограф должен полагаться только на штатив, а не на разрекламированную сегодня матричную стабилизацию.

Но это в теории…а на практике?

Где реализуются возможности камер в плане динамического диапазона? В первую очередь, это — пейзажная, архитектурная и интерьерная фотография. Также хороший динамический диапазон оказывается очень кстати при съёмки свадебных прогулок. Обычно они проходят при сложном жёстком освещении и задача фотографа их правильно отснять и грамотно обработать, в чём помогают хорошие raw-файлы.

Следующий вопрос, насколько важны отличия между камерами в реальных условиях? На практике оказывается, что не стоит гнаться за самой самой технически совершенной камерой. Ведь тот же самый эффект, а то и даже лучший можно получить за счёт прямых рук. То есть, если например, вам нужно снимать интерьер или пейзаж, — пользуйтесь мультиэкспозицией и HDR. Склеенные 3 кадра с «плохой» камеры дадут ощутимо больший эффект, чем 1 кадр с крутой и навороченной.

Ниже приведён практический пример динамического диапазона на Fujifilm X-T3. Сверху исходник, снизу вытянутый raw-файл (без HDR).

Конечно, желательно всё-таки апгрейдить время от времени фото-технику. Совсем старые камеры или устаревшие кропы не дадут оптимального эффекта даже с 3 кадров. В таких случаях вы сможете получить хороший диапазон, если склеите кадров 6. Но это более затратно по времени и может вызвать проблемы при склейке, если в кадре будут движущиеся объекты. Ну, а в случае со съёмкой репортажа, вам вообще не до склейки и некоторый запас по ДД всегда приятен. По практическому опыту, могу сказать, что таких камер как Canon 5D Mark III/IV, Canon R с головой хватает для репортажной работы. То, что Никоны способны на большее, — очень хорошо. И эти камеры также достойны внимания, как и новинки от Panasonic. Но вот Sony я никому не могу рекомендовать, несмотря на преимущества в теоретических параметрах.

Также читайте:

• что такое грип и глубина резкости?
• что такое f-stop и t-stop?
• про эквивалентную диафрагму или микра 4/3 для слепых

Понимание динамического диапазона в аудио

Когда речь идет о том, чтобы получить отличного мастера песни, одним из ключевых терминов, которые необходимо понимать, является динамический диапазон. Хотя этот термин может обозначать множество вещей, ниже мы расскажем, что именно представляет собой динамический диапазон и как правильно использовать его в своих сессиях. Давайте приступим!

Что такое динамический диапазон в аудио?

В чистом виде динамический диапазон в музыкальном производстве — это просто разница в децибелах (дБ) между самым тихим и самым громким звуками в миксе или аудиофайле. Поэтому песни с широким динамическим диапазоном будут иметь больший разрыв между самым громким и самым тихим звуком по сравнению с песнями с более стабильным качеством звука.

Динамический диапазон также может относиться к самым громким и самым тихим звукам, которые аппаратура или аудиосистемы могут правильно представить. Нижний диапазон этого значения называется шумовым полом. Шумовое дно — это уровень шума, который естественно создает аппаратура. Каждое оборудование имеет определенный уровень шума, который необходимо учитывать в процессе микширования.

Вы не сможете избежать шумового пола даже с таким простым оборудованием, как аудиокабель, но это важно признать, чтобы создать максимально чистый микс.

Для музыкального инструмента или проводной системы динамический диапазон — это расстояние между уровнем шума и самым громким пиком звука. Звуки, выходящие за пределы динамического диапазона оборудования, становятся некомфортно громкими, что можно назвать искажением.

Другими словами, динамический диапазон — это расстояние между самым тихим и самым громким звуком. В музыкальном производстве аудиоинженеры постоянно учитывают динамический диапазон в своих решениях по записи, сведению и мастерингу.

Как изменить динамический диапазон?

Как правило, динамический диапазон изменяется в процессе компрессии. Компрессоры уменьшают разницу в диапазоне громкости самого громкого и самого тихого звука, тем самым изменяя общую динамику и динамический диапазон дорожки.

В процессе мастеринга инженеры используют компрессоры и сверхмощные компрессоры, называемые лимитерами , для формирования динамического диапазона. В результате придания мягкости самым тихим фрагментам музыкального произведения, компрессия также делает обработанные сигналы более громкими.

Стоит отметить, что крайности бывают в любом направлении: Слишком широкий динамический диапазон может быть восхитительно динамичным, но не обладать громкостью, необходимой для стандартного прослушивания. С другой стороны, узкий динамический диапазон может быть чрезмерно сжат, делая песню некомфортно громкой и лишенной энергии оригинальной динамики.

Какой динамический диапазон мы можем услышать?

Стоит отметить, что диапазон человеческого слуха ограничен максимальным динамическим диапазоном. Вообще говоря, максимальный динамический диапазон для человека составляет около 120 дБ между самым тихим сигналом, который мы можем обнаружить, и тем, когда искажения начинают вызывать физическую боль.

Сжатие очень необходимо для того, чтобы помочь удовлетворить наш максимальный диапазон. Например, максимальный динамический диапазон для аналогового аудио составляет 50-60 дБ. Однако цифровое аудио — это совсем другая игра.

Теоретический динамический диапазон неразрезанного 20-битного квантования цифрового аудио составляет 120 дБ. Превышая этот предел, теоретический динамический диапазон 24-битного цифрового аудио обеспечивает 144 дБ динамического диапазона, большую часть которого человеческий слух не может определить, поскольку наш порог находится на уровне 120 дБ.

Поскольку существует большое разнообразие между минимальным и максимальным уровнями выходного сигнала данной композиции, динамический диапазон будет варьироваться от трека к треку.

Не существует волшебного ключа для нахождения идеального динамического диапазона вашего трека, но понимание взаимосвязи между сжатием звука и тем, как оно влияет на сигнал, поможет вам найти «сладкую точку» для любой конкретной записи.

В чем разница между динамическим диапазоном и SNR?

SNR означает отношение сигнал/шум, и его часто противопоставляют динамическому диапазону. Хотя эти термины часто используются как взаимозаменяемые, это не обязательно одно и то же. Отношение сигнал/шум — это, по сути, расстояние между средними пиками сигнала и уровнем шума.

В отличие от отношения сигнал/шум, динамический диапазон не обязательно зависит от сигнала: Нижний предел динамического диапазона — это просто самый мягкий звук, который не имеет искажений на выходе.

Оптимальное соотношение сигнал/шум означает, что сигнал, проходящий через передачу, достаточен для противодействия неизбежному шуму, возникающему при использовании оборудования. На самом базовом уровне, хорошее соотношение сигнал/шум — это когда ваш живой сигнал выше уровня шума.

Динамический диапазон может использоваться более широко, чтобы различать самые тихие и самые громкие точки, измеренные в миксе.

Динамический диапазон По жанрам

Интересно, что идеальный динамический диапазон несколько варьируется в зависимости от жанра. Исследование показало , что динамический диапазон популярных жанров, таких как поп-музыка, рэп или рок, обычно меньше, чем у образцов классических жанров, таких как опера и оркестр.

В некотором смысле это вполне логично. Многие слушатели стремятся к плавному и усиленному прослушиванию с оптимальной громкостью, которая перетекает из одной песни в другую.

Классические слушатели, с другой стороны, могут обратить внимание на разницу в записях исполнения. Они жаждут нюансов в сигналах и поэтому с большей вероятностью пожертвуют децибелами, если это означает, что они смогут услышать тонкости конкретного произведения с более широким динамическим диапазоном.

Самый большой средний динамический диапазон был обнаружен в записях речи. Если поп-музыка и рок — это самые громкие звуки, то наши необработанные разговорные голоса находятся на другой стороне медали.

Одно можно сказать наверняка. То, как мы обрабатываем исходные и цифровые звуки, совершенно различно. Мы жаждем различных динамических диапазонов в зависимости от того, что мы слушаем.

Динамический диапазон и мастеринг

Большая часть мастеринга сводится к использованию компрессии, чтобы найти идеальный динамический диапазон для конкретного трека, но это может быть легче сказать, чем сделать. Основная сессия мастеринга проходит через эквализацию , компрессию и лимитирование , но каждый из этих этапов может быть разбит на более мелкие подэтапы.

Мастеринг может быть простым, но это не значит, что он легкий. Этот последний этап производства музыки требует от вас окончательной полировки звука и создания плавного прослушивания без подавления динамики, которая придает треку его врожденный характер.

Подводные камни пренебрежения динамическим диапазоном песни очевидны: те, кто сжимает сигнал настолько, что его динамический диапазон становится практически несуществующим, рискуют высасывать жизнь из песни или даже создавать ненужные искажения.

С другой стороны, вы можете получить слишком широкий динамический диапазон при слишком слабой компрессии, что приведет к тому, что исполнение будет трудно восприниматься на слух, слишком динамичным и, в некоторых случаях, неполированным.

Дело в том, что поиск оптимального динамического диапазона не является линейным процессом. Скорее, он будет сильно варьироваться в зависимости от звука, которого вы пытаетесь достичь, и возможностей вашей системы.

Чтобы научиться оценивать и создавать оптимальный динамический диапазон для любой песни, могут потребоваться годы тренировок и целенаправленного прослушивания. К счастью, вы можете воспользоваться такими услугами, как Emastered, которые сделают эту тяжелую работу за вас. Наши алгоритмы оптимизированы для поиска идеального динамического диапазона для вашей музыки, чтобы вы могли надежно создавать отполированную, без усилий отмастерингованную музыку .

Войны за громкость и будущее музыки

За последние 30 лет количество компрессии и лимитирования, используемых как в концертных, так и в студийных композициях, несомненно, стало более громким. Это вызвало раскол среди музыкантов, часто называемый «войной за громкость», и привело к тому, что многие стали просить вернуть им динамическую сложность.

Идея заключается в том, что культурное сокращение динамического диапазона и, следовательно, усиление громкости привело к потере нюансов в миксе песни. Динамическая сложность уплощается по мере того, как мы продолжаем сжимать звук с большей скоростью. Стоит также отметить, что большинство потоковых сервисов также используют свою собственную форму нормализации, чтобы не было слишком громко при переходе от одного трека к другому.

Во многом разделение по громкости возникло в результате развития новых жанров, таких как хип-хоп и ню-метал в 90-х годах. В отличие от предыдущих поколений музыки, эти зарождающиеся жанры уделяли больше внимания колебаниям в звуке, с меньшим количеством одинаковой громкости на протяжении всего времени. Результат? Необходимость в большей компрессии.

По мере того как менялись жанры, менялся и наш вкус. Начало 2000-х годов было наполнено экспериментами в области звука, что также, возможно, способствовало более частому использованию компрессии. Независимо от вашего мнения о войнах за громкость, очевидно, что наши музыкальные записи не только формируют то, что мы слушаем, но и напрямую влияют на то, как мы выбираем производство, микширование и мастеринг музыки.

Предпочтительный динамический диапазон сегодня может оказаться не тем звучанием, которое будет завтра. И именно это делает музыку такой захватывающей. Наслаждайтесь точной настройкой динамического диапазона вашего трека, чтобы раскрыть лучшее в вашей музыке.

Что такое динамический диапазон, и какие бывают его разновидности

Односигнальный динамический диапазон по блокированию, Динамический
диапазон по перекрёстным помехам, Динамический диапазон по интермоду-
ляции.

В широком понимании радиотехнической мысли динамический диапазон — это характеристика устройства, выполняющего функцию передачи или преобразованию сигнала, представляющая собой отношение максимального и минимального возможных величин входного сигнала и выраженное в децибельной (логарифмической) единице измерения.

Другими словами — динамический диапазон определяет способность устройства: с одной стороны видеть на выходе обработанный слабый (наименьший) входной сигнал, с другой — обрабатывать сигналы большого уровня с заданным уровнем искажений на выходе.

Нижнюю границу входного сигнала, как правило, определяет чувствительность устройства (не путать с чувствительностью усилителя, при которой достигается номинальная мощность), которая указывает на способность объекта реагировать определённым образом на определённое малое воздействие.
Верхнюю — параметр, называемый точкой децибельной компрессии и равный такой мощности сигнала на входе, при котором отличие изменения уровня мощности на выходе от асимптотической линейной характеристики составляет величину — 1 dB.

А поскольку в последнюю фразу без пол-литра не въедешь, приведу рисунок.

Рис.1

На Рис.1 красным цветом изображена идеальная линейная (асимптотическая) кривая.
Синим — реальная выходная характеристика нашего устройства.
В качестве входных и выходных значений — величины мощностей, соответственно, на входе и выходе.

Пока обе линии располагаются в непосредственной близости друг от друга — всё хорошо, устройство находится в линейном режиме. Как только расхождение выходного параметра от идеальной кривой достигает 1дБ (в нашем случае соответствует уровню входного сигнала -10дБ) — всё расчёт окончен, точка децибельной компрессии найдена.

Формула, описывающая односигнальный динамический диапазон устройства, предельно проста:
D = P_1дб — P_{вх мин} (дб), где P_1дб — точка децибельной компрессии, P_{вх мин} — чувствительность устройства, выраженная в дБ.
Т.е. в случае, приведённом на графике: D = -10_дб — (-120_дб) — 110дБ .

Наблюдая показания приборов при нахождении точки компрессии, не всегда удобно оперировать понятиями мощности сигнала, да переводить всё это хозяйство в децибелы — тоже. Поэтому для упрощения задачи напишу — отклонение уровня на 1дБ — это в 1,12 раз по напряжению и в 1,26 раз по мощности.

Ну и, конечно же, формула для определения динамического диапазона при подстановке абсолютных значений сигналов:

И ещё раз:
U_{вх макс} и Р_{вх макс} — это входные значения, соответствующие точке децибельной компрессии,
U_{вх мин} и Р_{вх мин} — это напряжение, либо мощность, соответствующие чувствительности агрегата.

А чувствительность агрегата в нашем случае огранена: либо его коэффициентом усиления, либо собственными внутренними шумами, либо и тем и другим одновременно. В целом она равна мощности самого слабого входного сигнала, который, будучи преобразован нашим устройством, выдаёт на-гора выходной уровень, считающийся достаточным для его нормальной фиксации.
А конкретно — этот выходной уровень мы должны распознать на каком-то фиксирующем приборе, либо услышать-увидеть-почувствовать и при этом, он должен быть выше значения собственных шумов нашего девайса.
Насколько выше? Обычно это указывается вместе с показателем чувствительности.
К примеру, чувствительность 10мкВ при соотношении сигнал/шум = 12дБ, означает, что подав на вход сигнал амплитудой 10мкВ, мы на выходе увидим некий отклик, который на 12дБ (т.е. в 3,98 раз по напряжению и 15,85 раз по мощности) будет превышать уровень собственных внутренних шумов нашего устройства.

Описанная динамическая характеристика устройства в первую очередь характеризует его односигнальный динамический диапазон, который определяется методом подачи на вход изучаемого объекта сигнала одной частоты. Иногда этот параметр в радиотехнике именуется динамическим диапазоном по блокированию и обозначается DD1 или DB1.

Теперь давайте подумаем, что случится, если вдруг подать на вход нашего линейного устройства сигналы двух различных частот. А что случится?
При определённом уровне их амплитуд наше устройство выйдет из линейного режима и сигналы начнут взаимодействовать между собой таким образом, что на выходе вместо двух исходных частот появится сложный сигнал с комбинациями частот (гармоник), зависящих от частоты «родительских» сигналов f1 и f2 согласно следующей формуле:
f_гарм = n × f1 ± m × f2, где n и m — это целочисленные коэффициенты, принимающие значения от единицы до неких величин, определяемых частотными свойствами применяемых элементов.

В высокочастотной электронике это свойство может быть использовано для преобразования частот в устройствах, называемых «смеситель».

Однако в линейных схемах — это явление крайне нежелательно, потому как является основной причиной возникновения интермодуляционных искажений.
Эти искажения, в свою очередь, приводят: к появлению побочных каналов приёма/передачи в ВЧ радиотехнике, а в усилителях НЧ — появлению посторонних призвуков. Причём, данный тип искажений гораздо неприятнее на слух, чем банальное амплитудное ограничение сигнала. Источник их появления гораздо сложнее обнаружить, а соответственно и устранить.

Ну вот мы медленно, но верно подобрались к определению понятия «динамический диапазон по интермодуляции«.

Динамическим диапазоном по интермодуляции (Dynamic Range) называется характеристика устройства, показывающая его способность противостоять продуктам нелинейного взаимодействия двух или более сигналов. Обозначается — DD3 или DB3.
Другими словами — параметр DB3 характеризует допустимую величину двух сигналов с различными частотами f1 и f2, действующих одновременно на входе устройства, при которой ещё не возникает продукт их взаимодействия (вернее, когда уровень этого продукта не превышает заданного параметра — RFrx). И определяется как отношение, выраженное в дБ, общей мощности этих сигналов к чувствительности устройства.

Измерение динамического диапазона по интермодуляции (DB3) — дело не такое простое, как измерение односигнального DB1. Процесс это сводится к определению суммарной величины, так называемых, продуктов 3-го порядка с частотами 2f1 ± f2, 2f2 ± f1. Приведу формулу для вычисления динамического диапазона:
DB3 = 2/3 × IP3 — P_{вх мин} (дб), где IP3 — точка пересечения линии уровня интермодуляционных составляющих 3-го порядка на графике передаточной характеристики, а P_{вх мин} — чувствительность, выраженная в дБ и определяемая собственными шумами устройства.

Рис.2

На Рис.2 красным и синим цветами изображены знакомые нам по Рис.1 динамические характеристики: идеальная и характеристика основных частот входных сигналов (f1 и f2).
Чёрным цветом показана кривая интермодуляционных продуктов 3-го порядка с частотами 2f1 ± f2 и 2f2 ± f1. Данная кривая возрастает в 3 раза быстрее (в децибельном выражении) чем идеальная, поэтому теоретически в некоторой точке эти линии должны сойтись, обозначая точку пересечения по интермодуляции третьего порядка (IP3).
Будучи теоретической — эта точка никогда не может быть достигнута на практике, поскольку смеситель войдёт в режим компрессии сигнала раньше, чем эта точка будет достигнута.

Нахождение данной точки (IP3) — задача не такое простая, как измерение односигнального DB1. Поэтому для облегчения жизни радиолюбителя вводятся некоторые допущения, основанные, исходя из практического опыта. А именно:
В общем случае обычно отмечается, что связь между точкой компрессии 1 дБ и точкой пересечения 3-го порядка, приведённой к входу, имеет вид: IP3 = P_1дб + (10…15)дб.
А учитывая, что односигнальный динамический диапазон DB1 описывается формулой:
DB1 = P_1дб — P_{вх мин} (дб), а DB3 = 2/3 × IP3 — P_{вх мин} (дб), то на основании всех трёх формул можно вывести простую пропорцию: DB3 = 2/3 × (DB1 + (10. ..15)дб).

Посчитаем. Если односигнальный динамический диапазон по блокированию DB1 равен 110дБ, то:
DB3 ≈ 2/3 × (110дБ + 10дБ) = 80дБ.
Всё — расчёт окончен! Именно на эту величину динамического диапазона по интермодуляции и следует ориентироваться, так как именно она в значительной степени определяет качественные показатели как НЧ, так и ВЧ оборудования!

И напоследок — ещё одна динамическая характеристика, достойная определённого внимания по большей части в радиосвязи — Динамический диапазон по перекрёстным помехам (DD2 или DB2).
Характеристика эта важна в основном для устройств, осуществляющих приём однополосных (SSB) сигналов и определяет степень подавления мощных станций, работающих с АМ модуляцией и расположенных по соседству.
Перекрёстные искажения возникают в УВЧ и преобразователях частоты приёмников при воздействии на эти элементы модулированного мешающего сигнала с частотой, близкой к значению частоты настройки основного канала приёма, например, на частоте соседнего канала.

Процесс измерения этого параметра подобен предыдущему описанию и сводится к определению величины продуктов 2-го порядка с частотами (f1 ± f2) и нахождению точки интермодуляции (IP2) посредством построения такого же графика.
Кривая интермодуляционных продуктов 2-го порядка растёт медленнее, чем 3-го (всего лишь в 2 раза быстрее идеальной передаточной характеристики), а потому и точка пересечения, обозначающая значение IP2, находится дальше от начала координат.

Благодаря «Справочнику радиолюбителя — коротковолновика» под авторством уважаемых С. Бунина и Л. Яйленко, вполне можно довериться компромиссной формуле: DB2 ≈ DB1 — 20 dB, что в нашем случае будет соответствовать 90дБ.

 

Основы анализа спектра. Дисплейный диапазон и диапазон измерений. Измерение мощности в смежных каналах

	gif»>
			ENG   УКР   РУС Поиск на сайте: Если Вы не нашли нужный прибор, обратитесь в наш офис — наше предложение значительно шире представленного на сайте. Мы Вам поможем!!! «Юнитест» предлагает оборудование таких производителей: Keysight Technologies (Agilent Technologies) Viavi (JDSU) Oscilloquartz A. H.Systems Aaronia AG AEA Technology Bentham Elektronika EM Test ETS-Lindgren FETEST (Frederick Engineering) Fluke Fluke Networks Fujikura FiberFox Hindar Electronics Ilsintech Photom (Haktroniсs) Pontis EMS Radiodetection Schwarzbeck Siglent Teseq Аренда оборудования Услуги тестирования спектра, фидеров, базовых станций, IP и Triple Play сетей. Измерительная техника для образовательных учреждений Дополнительные скидки от 10 до 30 процентов для учебных заведений на оборудование Keysight Technologies. Новости Акции Предлагаемые скидки Новые возможности приборов и учебные материалы Вакансии Изготовление фильтров Подписка на новости: теория, стандарты, новое оборудование, акции.
	Основы анализа спектра Страница: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Глава 6 Динамический диапазон Определение Динамический диапазон обычно понимают, как возможность анализатора измерять гармонически связанные сигналы и взаимодействия двух или более сигналов; например, измерять вторые и третьи гармонические искажения или интермодуляции третьего порядка. Имея дело с подобными измерениями, нужно помнить, что входной смеситель анализатора спектра — устройство нелинейное, и поэтому всегда генерирует собственные искажения. Для нелинейности смесителя имеется причина. Он должен быть нелинейным, чтобы преобразовывать входной сигнал на желаемую ПЧ. Но нежелательные продукты искажения, генерируемые в смесителе, попадают на те же частоты, на которых находятся те продукты искажений, которые мы желаем измерить для изучения входного сигнала. Поэтому мы можем определить динамический диапазон следующим образом: это есть отношение, выраженное в дБ, наибольшего и наименьшего сигналов, одновременно присутствующих на входе анализатора спектра, которое допускает измерение наименьшего сигнала с заданной степенью погрешности. Заметим, что точность измерения есть часть определения. Ниже мы увидим, как внутренний шум и искажение влияют на точность. Динамический диапазон в зависимости от внутренних искажений Чтобы определить динамический диапазон в функции искажения, мы должны вначале точно определить поведение входного смесителя. Большинство анализаторов, в частности те, что применяют гармоническое смешение для расширения своего диапазона настройки1, используют диодные смесители. Другие типы смесителей ведут себя подобным же образом. Ток через идеальный диод можно выразить так: i = IS(eqv/kT-1), где IS — ток насыщения диода q — заряд электрона (1.6 х 10-19 К), v — мгновенное напряжение, k — постоянная Больцмана (1.38 х 10-29 Джоуля/°К), T — абсолютная температура в градусах Кельвина. Мы можем разложить это выражение в ряд: i = IS(k1v + k2v2 + k3v3 + …), где k1=q/kT, k2=k12/2!, k3=k13/3!, и т. д. Приложим теперь к смесителю два сигнала. Один будет входной сигнал, который мы хотим анализировать, другой — сигнал гетеродина, необходимый для перевода сигнала на ПЧ: v = VLOsin(ωLOt) + V1sin(ω1t). Легко математически найти желаемый продукт смешения на промежуточной частоте: k2VLOV1cos[(ωLO — ω1)t]. Кроме того, генерируется другой член: k2VLOV1cos[(ωLO + ω1)t], но когда мы обсуждали уравнение настройки, мы обнаружили, что хотим иметь частоту гетеродина выше ПЧ, поэтому частота ωLO + ω1 также всегда выше ПЧ. При постоянном уровне гетеродина выход смесителя линейно соответствует уровню входного сигнала. На практике это верно до тех пор, пока входной сигнал более чем на 15 — 20 дБ ниже уровня гетеродина. Здесь есть также члены, включающие гармоники входного сигнала: (3k3/4)VLOV12sin(ωLO — 2ω1)t, (k4/8)VLOV13sin(ωLO — 3ω1)t, и т.д. Эти члены говорят нам, что динамический диапазон благодаря внутренним искажениям есть функция уровня сигнала на входе смесителя. Посмотрим, как это работает, используя для нашего определения динамического диапазона разность в дБ между фундаментальной частотой и внутренне генерируемым искажением. Аргумент синуса в первом члене включает 2ω1, поэтому он представляет вторую гармонику входного сигнала. Уровень этой гармоники есть функция квадрата амплитуды фундаментальной частоты, V12. Этот факт говорит нам, что на каждый дБ сигнала на фундаментальной частоте приходится два дБ второй гармоники. См. Рис. 6-1. Второй член включает 3ω1, третью гармонику, пропорциональную кубу амплитуды входного сигнала, V13. Поэтому на 1 дБ изменения на фундаментальной частоте на входе смесителя приходится 3 дБ изменения внутренне генерируемой третьей гармоники. Искажение часто описывается его порядком. Порядок можно определить обозначением коэффициента, связанного с частотой сигнала, или показателем экспоненты, связанной с амплитудой. Поэтому искажение типа второй гармоники есть искажение второго порядка, а третья гармоника — искажение третьего порядка. Порядок также показывает изменение внутренне генерируемого искажения относительно изменения на фундаментальной частоте, которая создает это искажение. Теперь добавим второй входной сигнал: v = VLOsin(ωLOt) + V1sin(ω1t) + V2sin(ω2t). На этот раз можем получить математически: (k4/8)VLOV12V2cos[ωLO — (2ω1 — ω2)]t, (k4/8)VLOV1V22cos[ωLO — (2ω2 — ω1)]t, и т. д. Рисунок 6-1. Изменение уровней фундаментальных тонов в смесителе Здесь представлено интермодуляционное искажение, получаемое при взаимодействии каждого из двух входных сигналов с другим. Низший продукт искажения, на частоте 2ω1-ω2, попадает ниже ω1 на разностную частоту сигналов ω2-ω1. Более высокий продукт искажения, 2ω2-ω1 попадает выше частоты ω2 на ту же разность. См. Рис. 6-1. Снова напомним, что динамический диапазон есть функция уровня сигналов на входе смесителя. Внутренне генерируемые искажения изменяются как продукты V12 и V2 в первом случае, как продукты V1 и V22 — во втором случае. Если V1 и V2 имеют одинаковые амплитуды, обычный случай при проведении теста на искажения, мы можем трактовать их продукты как кубические члены (V13 или V23). Поэтому для каждого дБ одновременного изменения двух входных сигналов, будет 3 дБ изменения компонент искажения, как показано на Рис. 6-1. Это та же степень изменения, которую мы видели по третьей гармонике искажения. И это, на самом деле, тоже искажение третьего порядка. В этом случае мы можем определить степень искажения, суммируя коэффициенты при ω1 и при ω2 (т. е. 2ω1-1ω2 дает 2+1=3) или показатели экспонент при V1 и при V2. Все это говорит о том, что динамический диапазон зависит от уровня сигнала на смесителе. Откуда мы знаем, какой уровень необходим на смесителе для проведения конкретного измерения? В документацию на большинство анализаторов включаются графики, чтобы сказать нам как меняется динамический диапазон. Однако если никаких графиков нет, мы можем построить свои собственные2. Нам нужна отправная точка, и ее мы можем получить из документации. Вначале посмотрим на искажения второго порядка. Предположим, что в документации указано, что искажения за счет второй гармоники на 75 дБ ниже для сигнала на смесителе, составляющего -40 дБм. Поскольку измерение искажения относится к относительным измерениям, и (по крайней мере, в данный момент) мы называем динамическим диапазоном разность в дБ между главной модой или модами и внутренне генерируемым искажением, мы получили нашу отправную точку. Внутренне генерируемое искажение второго порядка лежит на 75 дБ, поэтому мы можем измерить искажение на уровне 75 дБ. Наносим эту точку на график, где по осям нанесены искажения (дБн) — по вертикальной оси, в функции уровня на смесителе (уровень на входном разъеме минус установка входного аттенюатора). См. Рис. 6-2. Что случится, если уровень на смесителе упадет до -50 дБм? Как отмечено на Рис. 6-1, для каждого дБ изменения уровня входа смесителя на фундаментальной частоте будет 2 дБ изменения внутренне генерируемой второй гармоники. Но для измерительных целей мы интересуемся только относительным изменением, то есть тем, что случится с нашим измерительным диапазоном. В этом случае, для каждого дБ, на который сигнал фундаментальной частоты изменится на смесителе, измерительный диапазон изменится также на 1 дБ. Тогда в нашем примере со второй гармоникой, когда уровень на смесителе изменится от -40 дБм до -50 дБм, внутренние искажения, а значит, измерительный диапазон, изменятся от -75 дБн до -85 дБн. Действительно, эти точки попадают на линию с наклоном 1, которая описывает динамический диапазон для любого входного уровня на смесителе. Мы можем построить подобную линию и для искажения третьего порядка. Например, в документации указано, что искажения третьего порядка, скажем, -85 дБн для уровня -30 дБм на этом смесителе. Снова, это наша начальная точка, и мы отметим на графике точку, показанную на Рис. 6-2. Если мы теперь снизим уровень на смесителе до -40 дБм, что случится? Обращаясь снова к Рис. 6-1, мы видим, что и искажение, связанное с третьей гармоникой, и интермодуляционное искажение третьего порядка падают на 3 дБ за каждый дБ, на который падает сигнал на основной моде. И снова нам важна только разность. Если уровень на смесителе изменяется от -30 дБм до -40 дБм, разность между сигналом основной моды или мод и внутренне генерируемым искажением изменяется на 20 дБ. Так что величина внутреннего искажения будет -105 дБн. Эти две точки попадают на линию, имеющую наклон 2, давая нам производительность третьего порядка для любого уровня на смесителе. Рисунок 6-2. Динамический диапазон в зависимости от искажений и шума Иногда производительность третьего порядка дается в терминах TOI (Third Order Intercept, перехват третьего порядка). Это уровень на смесителе, при котором внутренне генерируемое искажение третьего порядка должно быть равным фундаментальному, или 0 дБн. Эта ситуация невозможна на практике, поскольку при этом смеситель должен быть глубоко в насыщении. Однако с математической точки зрения TOI есть исключительно удобная точка, поскольку мы знаем наклон линии. Поэтому даже с TOI как стартовой точкой мы можем определить степень внутренне генерируемых искажений на данном уровне входа смесителя. Мы можем рассчитать TOI из информации, указанной в документации прибора. Поскольку динамический диапазон третьего порядка меняется на 2 дБ на каждый дБ изменения уровня на фундаментальной частоте на смесителе, мы получим TOI, вычитая половину указанного в спецификации динамического диапазона в дБ из уровня на фундаментальной частоте: TOI = Afund — d/2 где Afund — уровень на фундаментальной частоте в дБм, d — разность в дБ между уровнем на фундаментальной частоте и уровнем искажения. Используя величины из выше проведенного обсуждения, получаем: TOI = -30 дБм — (-85 дБн)/2 = +12.5 дБм. Проверка аттенюатором Понимание графика искажений важно, но мы можем провести несложную проверку для определения того, являются ли отображаемые искаженные компоненты истинными входными сигналами, или внутренне генерируемыми сигналами. Измените входное ослабление. Если отображаемая величина искаженных компонент останется той же, компоненты есть часть входного сигнала. Если отображаемая величина изменилась, искаженные компоненты есть внутренне генерируемые или сумма внешних и внутренне генерируемых сигналов. Продолжаем изменять ослабление до тех пор, пока отображаемое искажение не перестанет изменяться, и затем завершаем измерение. Шум Есть и другое ограничение динамического диапазона, и это — нижняя шумовая граница нашего анализатора. Возвращаясь к нашему определению динамического диапазона как отношения наибольшего и наименьшего измеряемого сигналов, понимаем, что средний шум устанавливает предел наименьшему сигналу. Поэтому динамический диапазон как функция шума становится отношением сигнал/шум, в котором сигнал фундаментальной частоты становится тем объектом, искажение которого мы хотим измерить. Нанести шум на график динамического диапазона довольно просто. Например, предположим, что в документации на анализатор его отображаемый средний шум задан спецификацией в -110 дБм в полосе разрешения 10 кГц. Если наш сигнал на фундаментальной частоте имеет уровень -40 дБм на смесителе, то это на 70 дБ выше среднего шума, поэтому мы имеем отношение сигнал/шум 70 дБ. На каждый дБ, на который мы снижаем уровень сигнала на смесителе, мы теряем 1 дБ отношения сигнал/шум. Наша шумовая кривая есть прямая линия, имеющая наклон -1, как показано на Рис. 6-2. Если мы пренебрежем соображениями точности измерения на какое-то время, то наилучший динамический диапазон будет на пересечении надлежащей кривой искажения и кривой шума. Рис. 6-2 показывает нам, что наш максимальный динамический диапазон для искажений второго порядка есть 72. 5 дБ; для третьего порядка искажений — 81.7 дБ. На практике пересечение кривых шума и искажения не является четко определенной точкой, потому что шум дает вклад в продукты искажения, снижая динамический диапазон на 2 дБ при использовании логарифмического масштаба с логарифмическим усреднением. На Рис. 6-2 показан динамический диапазон для одной полосы разрешения. Мы, конечно, можем улучшить динамический диапазон путем сужения полосы разрешения, но здесь нет взаимно однозначного соответствия между сниженным шумовым уровнем и улучшением динамического диапазона. Для искажения второго порядка улучшение есть половина изменения шумового уровня; для искажения третьего порядка улучшение есть две трети изменения шумового уровня. См. Рис. 6-3. Рисунок 6-3. Уменьшение полосы разрешения улучшает динамический диапазон Финальный фактор динамического диапазона — это фазовый шум гетеродина анализатора спектра, и он влияет только на измерения искажений третьего порядка. Например, предположим, что мы проводим измерения двухтоновых искажений третьего порядка на усилителе, и наши тестовые частоты разделены на 10 кГц. Компоненты искажений третьего порядка будут отделены от тестовых частот также на 10 кГц. Для этих разрешений мы можем использовать полосу разрешения в 1 кГц. Глядя на Рис. 6-3, и допуская уменьшение шумовой кривой на 10 дБ, мы обнаружим максимальный динамический диапазон порядка 88 дБ. Предположим, однако, что на отстройке в 10 кГц наш фазовый шум всего -80 дБн. Тогда 80 дБ становятся непреодолимым ограничением динамического диапазона для нашего измерения, как показано на Рис. 6-4. Рисунок 6-4. Фазовый шум может ограничить проведение проверки интермодуляции третьего порядка Окончательно, можно сказать, что динамический диапазон анализатора спектра ограничен тремя факторами: искажением преобразования, выполняемого входным смесителем; широкополосным шумовым уровнем (чувствительностью) системы и фазовым шумом гетеродина. Динамический диапазон в зависимости от погрешности измерений В наших предыдущих обсуждениях амплитудной точности мы рассматривали только те пункты, которые перечислены в Табл. 4-1, плюс рассогласование. Мы не обсудили возможности того, что внутренне генерируемый продукт искажения (синусоида) может быть на той же частоте, что и внешний сигнал, который мы хотим измерить. Однако внутренне генерируемые компоненты искажений попадают точно на те же частоты, что и искаженные компоненты, которые мы хотим измерить на внешних сигналах. Проблема здесь в том, что нет способа узнать фазовые соотношения между внешними и внутренними сигналами. Поэтому мы только можем определить потенциальный диапазон неопределенности: Погрешность (в дБ) = 20 log(1±10d/20), где d — разность в дБ между наибольшей и наименьшей синусоидами (отрицательное число). Взглянем на Рис. 6-5. Например, если мы обеспечим условия, когда внутренне генерируемое искажение равно по амплитуде искажению на входящем сигнале, ошибка измерения может быть от +6 дБ (два сигнала точно в фазе) до минус бесконечности (два сигнала точно в противофазе и поэтому взаимно уничтожаются). Подобная неопределенность в большинстве случаев неприемлема. Если мы установим лимит на измерительную неопределенность в ±1 дБ, то Рис. 6-5 показывает нам, что внутренне генерируемый искажающий продукт должен быть примерно на 18 дБ ниже искажающего продукта, который мы хотим измерить. Чтобы построить кривые динамического диапазона для измерений второго и третьего порядка с погрешностью измерения не более чем 1 дБ, мы должны сместить кривые на Рис. 6-2 на 18 дБ, как показано на Рис. 6-6. Рисунок 6-5. Погрешность в зависимости от разности амплитуд двух синусоид одной частоты Далее рассмотрим погрешность из-за низкого отношения сигнал/шум. Компоненты искажения, которые мы хотим измерить, есть, как мы надеемся, низкоуровневые сигналы, и часто они находятся на шумовом уровне анализатора или близки к нему. В подобных случаях мы обычно используем видео-фильтр, чтобы сделать эти низкоуровневые сигналы более различимыми. Рис. 6-7 показывает ошибку отображаемого уровня сигнала как функцию отношения отображаемый сигнал/шум для типичного анализатора. Заметим, что ошибка имеется только в одном направлении, поэтому мы можем корректировать ее. Однако обычно мы не делаем этого. Поэтому для измерения динамического диапазона, примем, что ошибка за счет шума составляет 0.3 дБ, и сместим шумовую кривую на 5 дБ, как показано на Рис. 6-6. Там, где кривая искажения и шумовая кривая пересекаются, максимально возможная ошибка должна быть менее 1.3 дБ. Рисунок 6-6. Динамический диапазон для максимальной погрешности 1.3 дБ Посмотрим, что случится с динамическим диапазоном в результате нашей обеспокоенности погрешностью измерений. Как показано на Рис. 6-6, динамический диапазон искажения второго порядка изменяется с 72.5 дБ до 61 дБ, с разницей в 11.5 дБ. Это — половина полного сдвига двух кривых (18 дБ для искажения, 5 дБ для шума). Искажение третьего порядка изменяется с 81. 7 дБ до примерно 72.7 дБ с разницей примерно в 9 дБ. В этом случае изменение — это одна треть от 18-дБ сдвига кривой искажения плюс две трети от 5-дБ сдвига кривой шума. Рисунок 6-7. Погрешность отображаемой амплитуды сигнала из-за шума Сжатие (компрессия) усиления При обсуждении динамического диапазона мы до сих пор не задумывались, насколько точно отображается большая мода, даже на относительной основе. При увеличении уровня входного синусоидального сигнала, уровень сигнала на входе смесителя, в конце концов, становится настолько высоким, что желаемый выходной продукт смешения уже не изменяется линейно по отношению к входному сигналу. Смеситель достигает насыщения и отображаемая амплитуда сигнала становится слишком мала. Насыщение — процесс скорее постепенный, нежели мгновенный. Чтобы помочь нам оставаться за рамками условий насыщения, обычно устанавливается точка сжатия 1 дБ. Обычно подавление усиления начинается при уровне смесителя* в диапазоне от -5 до +5 дБм. Поэтому мы можем определить установку входного аттенюатора для проведения точного измерения сигналов высокого уровня3. Анализаторы спектра с цифровой секцией ПЧ в случае выхода за рамки диапазона АЦП выведут на экран сообщение о перегрузке ПЧ. На самом деле, существуют три различных метода оценки компрессии. Традиционный метод, называемый CW-сжатием, измеряет изменение усиления прибора (усилителя, или смесителя, или системы), когда мощность входного сигнала увеличивается. Это тот метод, что только что был описан. Отметим, что точка CW-сжатия значительно выше, чем уровни первых мод, указанные выше даже для динамического диапазона средней величины. Поэтому мы были правы, когда не волновались по поводу возможного сжатия больших сигналов. Второй метод, названный двухтоновой компрессией, измеряет изменение системного усиления для малых сигналов, пока мощность больших сигналов увеличивается. Двухтоновая компрессия применяется при измерении многих CW-сигналов, таких как сигналы боковой полосы и независимые сигналы. Порог компрессии этого метода обычно на несколько дБ ниже, чем таковой в методе CW. Этот метод используется фирмой Agilent Technologies для определения компрессии усиления анализаторов спектра. Третий метод, называемый импульсной компрессией, измеряет изменение системного усиления узкого (широкополосного) радиочастотного импульса, когда мощность импульса увеличивается. Когда измеряются импульсы, мы часто используем полосу разрешения намного более узкую, чем полоса импульса, поэтому наш анализатор отображает уровень сигнала гораздо ниже пиковой мощности импульса. В результате, мы можем не знать о том, что полная мощность сигнала выше порога компрессии смесителя. Высокий порог улучшает отношение сигнал/шум для высокомощного ультра-узкого импульса или широко «чиркающего» импульса. Порог при этом примерно на 12 дБ выше, чем для двутоновой компрессии в анализаторах Agilent 8560EC. Тем не менее, поскольку различные механизмы влияют на CW, двутоновый и импульсно-компрессионный методы по-разному, любой компрессионный порог может быть ниже, чем какой-то другой. Дисплейный диапазон и диапазон измерений Есть два дополнительных диапазона, которые часто путают с динамическим диапазоном: дисплейный диапазон и измерительный диапазон. Дисплейный диапазон, часто называемый дисплейным динамическим диапазоном, относится к калиброванному амплитудному диапазону дисплея анализатора. Например, дисплей с десятью делениями будет, очевидно, иметь дисплейный диапазон 100 дБ, когда мы выбираем 10 дБ на деление. Это абсолютно верно для современных анализаторов с цифровой секцией ПЧ, например, приборов серии PSA. Это также верно и для серии ESA-E при использовании узких (от 10 до 300 Гц) полос разрешения. Однако, анализаторы спектра с аналоговой секцией ПЧ обычно калибруются лишь на первые 85 или 90 дБ вниз от опорного уровня. В этом случае нижняя линия сетки обозначает сигнал с нулевой амплитудой, поэтому нижняя часть дисплея представляет собой область диапазона от -85 или -90 дБ до минус бесконечности относительно опорного уровня. Другой ограничивающий фактор, в случае анализаторов с аналоговой частью ПЧ — это диапазон логарифмического усилителя. Например, в приборах серии ESA-L используется 85-дБ логарифмический усилитель. Поэтому калибровка может быть проведена только для измерений до 85 дБ вниз от опорного уровня. Вопрос состоит в том, можем ли мы в полной мере использовать дисплейный диапазон? Из проведенного выше обсуждения динамического диапазона мы знаем, что в общем случае ответ «да». На самом деле, динамический диапазон часто даже превосходит дисплейный диапазон или диапазон логарифмического усилителя. Чтобы перевести меньшие сигналы на калиброванную область дисплея, мы должны увеличить усиление ПЧ. Но при этом мы двигаем большие сигналы за верхний предел дисплея, выше опорного уровня. Некоторые анализаторы фирмы Agilent — например, приборы серии PSA, — позволяют провести измерения сигналов, вышедших за пределы опорного уровня, без изменения точности, с которой отображаются меньшие сигналы. Это показано на Рис. 6-8. Поэтому мы действительно можем пользоваться преимуществом полного динамического диапазона анализатора даже тогда, когда динамический диапазон превосходит дисплейный диапазон. На Рис. 6-8, несмотря на то, что опорный уровень изменился с -8 дБм до -53 дБм, и сигнал ушел далеко за верхний предел экрана, показания маркера не изменились. Рисунок 6-8. Дисплейный диапазон и диапазон измерений прибора серии PSA Измерительный диапазон есть отношение наибольшего сигнала к наименьшему сигналу, которые можно измерить в любых обстоятельствах. Верхний предел определяется максимально безопасным входным уровнем, +30 дБм (1 Ватт) для большинства анализаторов. У этих анализаторов есть входные аттенюаторы, которые могут устанавливаться до 60 или 70 дБ, так что мы можем уменьшать сигналы уровня +30 дБм до уровня, существенно более низкого, чем точка компрессии входного смесителя, и качественно измерять их. Отображаемый средний уровень собственных шумов устанавливает противоположный предел диапазона. В зависимости от минимальной полосы разрешения конкретного анализатора, уровень собственных шумов обычно лежит в диапазоне от -115 дБм до -170 дБм. Таким образом, измерительный диапазон может варьироваться в пределах от 145 дБ до 20 дБ. Конечно, мы не можем видеть сигнал -170 дБм, пока сигнал +30 дБм также присутствует на входе. Измерение мощности в смежных каналах TOI, SOI, 1-дБ подавление усиления и отображаемый средний уровень собственных шумов — все это классические меры показателей анализатора спектра. Однако, с неимоверным развитием цифровых систем связи, и другие меры динамического диапазона становятся не менее важными. Например, при измерении мощности смежных каналов, которое часто проводится для систем связи с CDMA основой, необходимо определить количество мощности сигнала, просачивающейся или «выплескивающейся» в смежные или посторонние каналы, расположенные до и после несущей. Пример такого измерения показан на Рис. 6-9. Рисунок 6-9. Измерение мощности в смежном канале при помощи анализатора серии PSA Обратите внимание на различия в амплитудах мощности несущей и смежных каналов. Одновременно может быть измерено до шести каналов с каждой стороны от несущей. Обычно нас интересует относительное различие между мощностью сигнала в главном канале и мощностью сигнала в смежном или постороннем канале. В зависимости от конкретного стандарта связи, эти измерения часто именуют тестами коэффициента мощности смежного канала или коэффициента утечки смежного канала. Поскольку сигналы с цифровой модуляцией, а также генерируемые ими искажения, по своей природе очень шумоподобны, производственные стандарты обычно определяют еще и полосу канала, по которой интегрируется мощность сигнала. Чтобы точно измерить показатель мощности в смежных каналах у исследуемого устройства (например, усилителя мощности), показатель мощности в смежных каналах самого анализатора должен быть лучше, чем у ИУ. Поэтому коэффициент мощности смежного канала динамического диапазона анализатора спектра нынче является ключевым параметром для измерений цифровых систем связи. 1 см. Главу 7 Расширение частотного диапазона. 2 Более подробно о том, как построить собственные графики динамического диапазона, см. документ Agilent PSA Performance Spectrum Analyzer Series Product Note, Optimizing Dynamic Range for Distortion Measurements. 3 Многие анализаторы внутренне контролируют комбинированную установку входного аттенюатора и усиления по ПЧ, так что появление на входе смесителя сигнала, равного уровню сжатия, создает отражение от верхней линии масштабной сетки. Поэтому мы не можем нечаянно провести неправильные измерения. * прим. ред. по сигнальному порту смесителя Страница: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Динамический диапазон — Музыкальный Корпускул

Искусство динамического диапазона
Динамический диапазон – это разница между громкими и тихими местами музыки. Его не следует путать с громкостью и абсолютным уровнем. Динамический диапазон современной популярной музыки обычно всего лишь 6-10 децибел, но иногда в угоду различным музыкальным формам он может быть и 1 децибел, и даже больше 15 dB. В типичной поп-музыке тихие места на 8-15 dB ниже самых громких, могут быть эффективны лишь на короткие промежутки времени, но в академической музыке, джазе и других акустических формах, такие тихие места могут быть продолжительны.

Микродинамика и Макродинамика
Микродинамика – это чувство музыкального ритма, пульса музыки. Макродинамика – это различия в громкости между различными частями одного произведения или между цепочкой произведений. Обычно динамические процессоры (компрессоры, экспандеры) лучше всего подходят для микродинамических манипуляций, а ручное изменение громкости – для макродинамических. Микро и макродинамики «идут рука об руку» — множество хороших композиций претерпевали как микро (общая компрессия), так и макро (крещендо, деменуэндо) изменения.

Искусство уменьшения динамического диапазона
Динамика внутри одной песни или в цепочке песен очень критичная для творческих музыкантов и композиторов. Для нас – инженеров, основной парадигмой качества звука должен выступать живой концерт; мы должны на слух определять поможет или изменит музыке изменение динамики. В живом выступлении хор звучит громче речитатива, вся группа громче солиста, а кульминация звучит громче остальных частей. Множество записей уже до мастеринга прошли множество стадий динамической обработки, и дальнейшее её применение может лишь ухудшить прозрачность и качество звука. Однако, обычно носитель звука и среда, в которой он воспроизводится, не могут позволить использовать весь широкий динамический диапазон реальной жизни, поэтому записи отдаются на мастеринг, чтобы повысить уровень тихих пассажей и/или понизить уровень громких. Мы можем уменьшить динамический диапазон (скомпрессировать), если он слишком велик для типичной домашней обстановки, но можем с помощью этой техники сделать микс более впечатляющим, толстым, более цельным – вытащить наружу внутренние детали, а также возможно исправить предыдущие динамические изменения, если они были чрезмерными. Опыт подскажет нам, что пассаж слишком тихий. Для примера, тихое вступление сразу после громкой песни – следует поднять по громкости, но такой же тихий по громкости пассаж в середине песни – может быть вполне к месту. Это потому, что человеческий слух адаптирует свою чувствительность к громкости за довольно средний промежуток времени и не может адекватно реагировать на резкие перепады громкости.
Инженеры ЛукасФильм обнаружили, что даже наличие правильной мониторной системы и качественного помещения для сведения и дубляжа фильмов с уровнем шума NC-20, не гарантирует, что фильм будет также правильно звучать в кинозале. Во время тестов в залах выяснилось, что некоторые диалоги «съедались» шумом кондиционирования и шумом самих зрителей. Поэтому они создали так называемый «Попкорновый» генератор подобного шума – его добавляют в мониторы при сведении фильма, когда хотят протестировать тихие места. Для подобного тестирования у меня на студии Digital Do-main есть специальная шумная комната с кондиционером, вентиляторами и прочими шумовыми эффектами, где я проверяю звук своих работ.

Искусство увеличения динамического диапазона
Также может сделать звук более впечатляющим, увеличивая интенсивность пиков. Главное вовремя понять, что увеличение диапазона уже создает дефект – музыкальный интерес может быть расширен разнообразностью – но слишком много разнообразия – также плохо, как слишком много однообразного. Также еще одно применение увеличения динамического диапазона – это восстановление его после неправильной предыдущей работы или компрессии аналоговой ленты.

Четыре различия изменения динамического диапазона
Мы всегда используем термин компрессия для сужения динамического диапазона и экспандирование — для его увеличания. Эти термины подразделяются каждый на повышающую и понижающую компрессии, и на повышающее и понижающее экспандирование. Понижающая компрессия – самая популярная форма динамических модификаций, делающая уровень громких пассажей тише. Лимитирование – частный случай понижающей компрессии с очень высоким соотношением (ratio) Повышающая компрессия – поднимает уровень тихих пассажей. Часто используется в энкодерах Dolby или других шумоподавляющих системах; в системах автоматического контроля уровня AGC, который используют радиостанции; а также этот тип компрессии звука широко используется в бытовых видео-камерах. В Главе XI мы рассмотрим более эффективное применение повышающей компрессии. Для ясности – термин компрессия мы применяем всегда имея ввиду понижающую компрессию, пока нам не нужно специально указать, что компрессия повышающая. Повышающее экспандирование делает уровни громких пассажей ещё громче. В умелых руках такие приборы могут быть использованы для расширения динамики, увеличения музыкального впечатления или для восстановления потерянной динамики. Применяются в реставрации пиков и воспроизводящей части Dolby SR, в процессоре DBX Quantum, в различных плагинах Waves, а также в Weiss DS1-MK2. Понижающее экспандирование – самый распространенный тип. Делает тихие места еще тише. В основном применяется для уменьшения шума. Встречается в классических гейтах Kepex и Drawmer, в системах шумоподавления Dolby и аналогичных им; в процессорах типа TC Finalizer; а также во встроенных гейтах микшерных консолей. Для ясности – термин экспандер мы используем для понижающего типа экспандирования, пока нам не нужно обозначить, что экспандирование повышающее.

Искусство ручного изменения громкости – макродинамические манипуляции
Во время сведения тяжело концентрироваться одновременно на внутреннем балансе микса и на динамических движениях внутри музыки. Иногда инженеры намеренно занижают мастер фейдер во время микширования, чтобы избежать перегрузки, что лишает кульминацию её мощного импульса. Во время мастеринга мы можем расширить хорошо-сбалансированный рок или поп микс, создавая динамические движения музыки. Аккуратная игра уровнем может сделать очень много – вы удивитесь, что может сделать лишь 1 децибел разницы. Также важно в этом случае то, что мы особо-то и не вмешиваемся в уровни композиции, клиент будет спокоен.

Как и когда двигать фейдер
Художественные изменения уровней действительно могут улучшить произведение, но их надо делать наиболее музыкально. Внутренние изменения уровня незаметны, если делаются вручную как минимум на ¼ dB за раз, что намного лучше использования компрессоров или экспандеров, которые ведут себя более агрессивно. Когда вы изменяете уровни – сконцентрируйтесь на натуральном движении музыки: если музыканты пытаются сделать крещендо – понижение уровня на нём будет выглядеть плохо, сведет на нет музыкальный посыл. Очень тихие пассажи требуют особого внимания. Если кульминация песни звучит так как надо, а интро слишком тихо – следует поднять интро, найдя правильный метод редактирования. Например: — длинное, постепенное понижение уровня к концу интро; — серия ½ или ¼ dB редакций, понижая звук шаг за шагом в критические моменты. Очень действенно, если мы не хотим, чтобы слушатель понял, что мы мухлюем с уровнями громкости; — быстрое изменение уровня в месте стыковки поднятого интро и обычного продолжения песни.

Искусство изменения внутренних уровней песни
Некоторые тихие пассажи надо поднимать, но если музыканты специально старались сыграть их таким образом, то сильное поднятие фейдера может похоронить этот эффект. Поэтому нам важно понимать, в каком случае и как далеко мы можем поднять тихое место без потери музыкального замысла, а также важно понимать с какой скоростью делать изменения, чтобы они были незаметными. В DAW физические движения фейдеров заменяются кроссфейдами или прописыванием кривых автоматизации. Главное – чтобы все манипуляции были незаметными для слушателя. Если нам нужно опустить громкий пассаж – лучшее место, где это можно сделать – в конце тихого пас-сажа перед громким. В этом случае громкий пассаж не потеряет свой импульс, человеческий слух воспримет его так, как и было задумано.
Источник: БОБ КАТЦ Мастеринг Аудио. Искусство и Наука Второе Издание
Перевод: Антон Лабазников

Понимание динамического диапазона в цифровой фотографии

Динамический диапазон в фотографии описывает соотношение между максимальной и минимальной измеряемой интенсивностью света (белого и черного соответственно). В реальном мире никогда не бывает настоящего белого или черного — только разные степени интенсивности источника света и отражательной способности объекта. Поэтому концепция динамического диапазона становится более сложной и зависит от того, описываете ли вы устройство захвата (например, камеру или сканер), устройство отображения (например, принтер или компьютерный дисплей) или сам объект.

Как и в случае с управлением цветом, каждое устройство в указанной выше цепочке обработки изображений имеет собственный динамический диапазон. На распечатках и компьютерных дисплеях ничто не может стать ярче бумажного белого или максимальной яркости пикселя соответственно. На самом деле еще одно устройство, не показанное выше, — это наши глаза, у которых тоже есть свой динамический диапазон. Таким образом, перевод информации об изображении между устройствами может повлиять на то, как это изображение воспроизводится. Таким образом, концепция динамического диапазона полезна для относительных сравнений между реальной сценой, вашей камерой и изображением на экране или в окончательном отпечатке.

ВЛИЯНИЕ СВЕТА: ОСВЕЩЕНИЕ И ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ

Интенсивность света можно описать в терминах падающего и отраженного света; оба вносят свой вклад в динамический диапазон сцены (см. Учебник по «замеру камеры и экспозиции»).

Сцены с высокой вариацией отражательной способности, например, содержащие черные объекты в дополнение к сильным отражениям, могут фактически иметь больший динамический диапазон, чем сцены с большими вариациями падающего света. Фотография в любом случае может легко превысить динамический диапазон вашей камеры, особенно если экспозиция не соответствует действительности.

Поэтому точное измерение интенсивности света или яркости имеет решающее значение при оценке динамического диапазона. Здесь мы используем термин освещенность для обозначения только падающего света. И освещенность, и яркость обычно измеряются в канделах на квадратный метр (кд/м ² ). Приблизительные значения для часто встречающихся источников света показаны ниже.

Здесь мы видим огромное разнообразие, возможное для падающего света, поскольку приведенная выше диаграмма масштабирована до десятичной степени. Если сцена была неравномерно освещена как прямым, так и закрытым солнечным светом, одно это может значительно увеличить динамический диапазон сцены (как видно из примера заката в каньоне с частично освещенной скалой).

ЦИФРОВЫЕ КАМЕРЫ

Хотя смысл динамического диапазона для реальной сцены — это просто соотношение между самыми светлыми и самыми темными областями (коэффициент контрастности), его определение становится более сложным при описании измерительных устройств, таких как цифровые камеры и сканеры. Напомним из руководства по датчикам цифровых камер, что свет измеряется в каждом пикселе в полости или лунке (фотосайте). Размер каждого фотосайта, в дополнение к тому, как измеряется его содержимое, определяют динамический диапазон цифровой камеры.

Уровень черного
(Ограничено шумом)

Уровень белого
(насыщенный фотосайт)

Darker White Level
(Фотосайт с малой емкостью)

Фотосайты можно рассматривать как ведра, содержащие фотоны, как если бы они были водой. Поэтому, если ведро станет слишком полным, оно переполнится. Говорят, что фотосайт, который переполняется, стал насыщенным и поэтому не может различать дополнительные входящие фотоны, тем самым определяя уровень белого камеры. Таким образом, для идеальной камеры коэффициент контрастности будет равен количеству фотонов, которые она может содержать в каждом фотосайте, деленному на самую темную измеримую интенсивность света (один фотон). Если бы каждый содержал 1000 фотонов, то коэффициент контрастности был бы 1000:1. Поскольку более крупные фотосайты могут содержать большее количество фотонов, 9Динамический диапазон 0032 обычно выше у цифровых зеркальных камер по сравнению с компактными камерами (из-за большего размера пикселя).

Техническое примечание : В некоторых цифровых камерах есть расширенная настройка низкого значения ISO, которая производит меньше шума, но также уменьшает динамический диапазон. Это связано с тем, что действующая настройка переэкспонирует изображение на полную диафрагму, но затем обрезает светлые участки, тем самым увеличивая световой сигнал. Примером этого являются многие камеры Canon, у которых чувствительность ISO-50 ниже обычной ISO-100.

На самом деле потребительские камеры не могут считать отдельные фотоны. Таким образом, динамический диапазон ограничен самым темным тоном, в котором текстура больше не различима; мы называем это уровнем черного. Уровень черного ограничен тем, насколько точно может быть измерен каждый фотосайт, и, следовательно, в темноте ограничен шумом изображения. Таким образом, динамический диапазон обычно увеличивается для более низких значений чувствительности ISO и камер с меньшим шумом измерения .

Техническое примечание : Даже если бы фотосайт мог считать отдельные фотоны, он все равно был бы ограничен фотонным шумом. Фотонный шум создается статистическим изменением прихода фотонов и, следовательно, представляет собой теоретический минимум шума. Общий шум представляет собой сумму фотонного шума и шума считывания.

Таким образом, в целом динамический диапазон цифровой камеры можно описать как отношение максимальной измеримой интенсивности света (при насыщении пикселей) к минимальной измеримой интенсивности света (выше шума считывания). Наиболее часто используемой единицей измерения динамического диапазона в цифровых камерах является f-stop, который описывает полный диапазон освещенности в степени двойки. Таким образом, контрастность 1024:1 также может быть описана как имеющая динамический диапазон 10 f-. остановок (т.к. 2 ¹⁰ = 1024). В зависимости от приложения каждую единицу диафрагмы можно также описать как «зону» или «эВ».

СКАНЕРЫ

Сканеры подчиняются тому же критерию насыщения:шум, что и динамический диапазон цифровых камер, за исключением того, что он описывается с точки зрения плотности (D). Это полезно, потому что концептуально похоже на то, как пигменты создают тона в печатных материалах, как показано ниже.

Низкий коэффициент отражения (Высокая плотность)	Высокая отражательная способность (низкая плотность)	Высокая плотность пигмента (более темный тон)	Низкая плотность пигмента (более светлый тон)

Таким образом, общий динамический диапазон с точки зрения плотности представляет собой максимальную плотность пигмента (D _макс ) минус минимальную плотность пигмента (D _мин ). В отличие от степени 2 для диафрагмы, плотность измеряется с использованием степени 10 (так же, как шкала Рихтера для землетрясений). Таким образом, плотность 3,0 представляет коэффициент контрастности 1000:1 (поскольку 10 ^3,0 = 1000).

Динамический диапазон оригинала
Динамический диапазон сканера

Вместо указания общей плотности (D) производители сканеров обычно указывают только значение D _max , поскольку D _max — D _min приблизительно равно D _max . Это связано с тем, что, в отличие от цифровых камер, сканер полностью контролирует источник света, гарантируя минимальное насыщение фотосайта.

Для высокой плотности пигмента к сканерам применяются те же ограничения по шуму, что и к цифровым камерам (поскольку они оба используют массив фотосайтов для измерения). Поэтому измеряемое значение D _max также определяется шумом, присутствующим при считывании светового сигнала.

СРАВНЕНИЕ

Динамический диапазон варьируется настолько сильно, что его обычно измеряют в логарифмической шкале, подобно тому, как сильно различающиеся силы землетрясений измеряются по одной и той же шкале Рихтера. Здесь мы показываем максимальный измеримый (или воспроизводимый) динамический диапазон для нескольких устройств с точки зрения любой предпочтительной меры (диафрагменное число, плотность и коэффициент контрастности). Наведите указатель мыши на каждый из вариантов ниже, чтобы сравнить их.

Выберите показатель для динамического диапазона:
диафрагмы	Плотность	Коэффициент контрастности

Выберите типы для отображения выше:
Печатные СМИ	Сканеры	Цифровые фотоаппараты	Устройства отображения

Обратите внимание на огромное расхождение между воспроизводимым динамическим диапазоном отпечатков и диапазоном, измеряемым сканерами и цифровыми камерами. Для сравнения с реальным динамическим диапазоном в сцене они варьируются от примерно 3 ступеней диафрагмы для облачного дня с почти равномерной отражательной способностью до 12+ ступеней диафрагмы для солнечного дня с очень неравномерной отражательной способностью.

Следует соблюдать осторожность при интерпретации приведенных выше чисел; реальный динамический диапазон сильно зависит от окружающего освещения для отпечатков и устройств отображения. Отпечатки, не просматриваемые при достаточном освещении, могут не отражать весь динамический диапазон, в то время как устройствам отображения требуется почти полная темнота, чтобы полностью раскрыть их потенциал, особенно для плазменных дисплеев. Наконец, эти значения являются лишь грубыми приближениями; фактические значения зависят от возраста устройства, поколения модели, ценового диапазона и т. д.

Имейте в виду, что коэффициенты контрастности для устройств отображения часто сильно преувеличены , поскольку для их перечисления не существует стандарта производителя. Коэффициенты контрастности, превышающие 500:1, часто являются результатом очень темной черной точки, а не более яркой белой точки. По этой причине следует обращать внимание как на коэффициент контрастности, так и на яркость. Высокие коэффициенты контрастности (без соответствующей более высокой яркости) могут быть полностью сведены на нет даже окружающим светом свечи.

ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ГЛАЗ

Человеческий глаз на самом деле может воспринимать более широкий динамический диапазон, чем это обычно возможно с камерой. Если бы мы рассмотрели ситуации, когда наш зрачок открывается и закрывается при разном освещении, наши глаза могли бы видеть в диапазоне почти 24 ступеней диафрагмы.

С другой стороны, для точного сравнения с одной фотографией (при постоянной диафрагме, выдержке и ISO) мы можем учитывать только мгновенный динамический диапазон (где раскрытие нашего зрачка не изменилось). Это было бы похоже на то, если бы мы смотрели на одну область в сцене, позволяя нашим глазам адаптироваться и не глядя ни на что другое. В этом сценарии есть много разногласий, потому что чувствительность и динамический диапазон нашего глаза на самом деле изменяются в зависимости от яркости и контраста. Большинство оценок где-то от 10-14 ступеней диафрагмы.

Проблема с этими цифрами в том, что наши глаза чрезвычайно адаптируются. В ситуациях наблюдения за звездами при экстремально слабом освещении (когда наши глаза приспособились к использованию палочек для ночного видения) наши глаза приближаются к еще более высоким мгновенным динамическим диапазонам (см. руководство «Восприятие цвета человеческим глазом»).

ГЛУБИНА И ИЗМЕРЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА

Даже если цифровая камера может захватить широкий динамический диапазон, точность, с которой измерения освещенности преобразуются в цифровые значения, может ограничить используемый динамический диапазон. Рабочая лошадка, которая переводит эти непрерывные измерения в дискретные числовые значения, называется аналого-цифровым преобразователем (A/D). Точность аналого-цифрового преобразователя можно описать с точки зрения точности в битах, аналогичной битовой глубине цифровых изображений, хотя следует соблюдать осторожность, чтобы эти понятия не использовались взаимозаменяемо. Аналого-цифровой преобразователь — это то, что создает значения для формата файла RAW цифровой камеры.

Битовая точность аналого-цифрового преобразователя	Коэффициент контрастности	Динамический диапазон
		диафрагмы	Плотность
8	256:1	8	2,4
10	1024:1	10	3,0
12	4096:1	12	3,6
14	16384:1	14	4,2
16	65536:1	16	4,8

Примечание. Приведенные выше значения относятся только к точности аналого-цифрового преобразователя и не должны использоваться для интерпретации результатов для 8- и 16-битных файлов изображений. Кроме того, указанные значения являются теоретическим максимумом, при условии, что шум не является ограничивающим фактором, и это относится только к линейным аналого-цифровым преобразователям.

Например, 10-битная тональная точность соответствует возможному диапазону яркости от 0 до 1023 (поскольку 2 ¹⁰ = 1024 уровня). Предполагая, что каждый номер аналого-цифрового преобразователя пропорционален фактической яркости изображения (что означает, что удвоенное значение пикселя соответствует удвоенной яркости), 10-битная точность может кодировать только коэффициент контрастности 1024:1.

В большинстве цифровых камер используется аналого-цифровой преобразователь с разрядностью от 10 до 14 бит, поэтому их теоретический максимальный динамический диапазон составляет 10–14 ступеней. Однако такая высокая битовая глубина только помогает свести к минимуму постеризацию изображения, поскольку общий динамический диапазон обычно ограничивается уровнем шума. Подобно тому, как изображение с высокой битовой глубиной не обязательно означает, что изображение содержит больше цветов, если цифровая камера имеет высокоточный аналого-цифровой преобразователь, это не обязательно означает, что она может записывать более широкий динамический диапазон. По сути, динамический диапазон можно рассматривать как высоту лестницы, а битовую глубину можно рассматривать как количество ступеней. На практике динамический диапазон цифровой камеры даже не приближается к теоретическому максимуму аналого-цифрового преобразователя ; 8-12 стопов — это вообще все, что можно ожидать от камеры.

ВЛИЯНИЕ ТИПА ИЗОБРАЖЕНИЯ И ТОНАЛЬНОЙ КРИВОЙ

Могут ли файлы цифровых изображений действительно записывать полный динамический диапазон высокотехнологичных устройств? Кажется, в Интернете много путаницы по поводу отношения битовой глубины изображения к записываемому динамическому диапазону.

Сначала нам нужно различать, говорим ли мы о записываемом динамическом диапазоне или отображаемом динамическом диапазоне. Даже обычный 8-битный файл изображения JPEG может предположительно записывать бесконечный динамический диапазон — при условии, что во время преобразования RAW применяется правильная тональная кривая (см. руководство по кривым в разделе мотивация: динамический диапазон) и что аналого-цифровой преобразователь имеет необходимая битовая точность. Проблема заключается в удобстве использования этого динамического диапазона; если слишком мало битов распределено по слишком большому тональному диапазону, это может привести к постеризации изображения.

С другой стороны, отображаемый динамический диапазон зависит от гамма-коррекции или тональной кривой, подразумеваемой файлом изображения или используемой видеокартой и устройством отображения. Используя гамму 2,2 (стандарт для ПК), теоретически возможно закодировать динамический диапазон почти в 18 ступеней диафрагмы (см. руководство по гамма-коррекции, которое будет добавлено). Опять же, это будет страдать от сильной постеризации. Единственным современным стандартным решением для кодирования почти бесконечного динамического диапазона (без видимой постеризации) является использование файлов изображений с высоким динамическим диапазоном (HDR) в Photoshop (или другой поддерживающей программе).

Хотите узнать больше? Обсудите эту и другие статьи на наших форумах цифровой фотографии.

Что такое динамический диапазон в фотографии?

Динамический диапазон — это соотношение между самым сильным и самым слабым сигналом, измеренным в данном контексте. Например, динамический диапазон сенсора камеры — это соотношение между самым ярким и самым темным сигналом, которое может быть захвачено на одном изображении. Как и большинство других вещей в фотографии, динамический диапазон часто измеряется в стопах, где яркость на одну ступень означает вдвое больше света.

Хотя динамический диапазон можно использовать в любом контексте, где есть измеряемый сигнал, например звук, я буду говорить о динамическом диапазоне в фотографии.

Содержание

Динамический диапазон сцены

Динамический диапазон сцены — это соотношение между самыми яркими и самыми тусклыми частями сцены. Конечно, использование термина «сцена» несколько расплывчато. Один из способов определить его более точно — сказать, что динамический диапазон сцены — это динамический диапазон сцены, спроецированный на поверхность через оптическую систему. Думайте о проецируемом изображении на датчик, а не о том, что записывается самим датчиком.

Сцена с низким динамическим диапазоном

Динамический диапазон сцены может иметь любое значение и даже превышать динамический диапазон устройства, с помощью которого вы пытаетесь записать сцену.

Динамический диапазон наших глаз

Динамический диапазон человеческого глаза немного сложнее. В отличие от камеры, глаз не просто делает снимок изображения, проецируемого на сетчатку, и сохраняет его в мозгу для просмотра. Вместо этого мозг также выполняет сложную и мощную обработку, которая заканчивается тем, что мы сознательно воспринимаем. По сути, мозг постоянно считывает сигналы от глаз и объединяет эту информацию в единое целое.

Глядя на разные области сцены, вы можете увидеть довольно большой динамический диапазон. Со временем человеческий глаз действительно может адаптироваться к разным уровням яркости в диапазоне примерно 46,5 ступеней. Однако часть этого диапазона состоит из темных сцен, которые могут восприниматься только палочками, не чувствительными к цвету.

Panasonic G9 + Laowa 2X Macro @ 50 мм, ISO 400, 1/160, f/3,5 один раз без всякой адаптации. Измерение этой величины довольно интересно, потому что по этому поводу существуют некоторые разногласия.

Например, более ранние исследования заявляли о 6,6 стопах, и это, по сути, цифра, указанная в Википедии. Однако эта цифра была получена из эксперимента, в котором измерялось время, необходимое для адаптации к быстрым изменениям цвета. Другими словами, эта исходная цифра не была получена в ходе эксперимента, предназначенного специально для измерения динамического диапазона. Эта цифра также была указана в книге Роберта Л. Майерса, что может объяснить, почему ее так часто цитируют.

Исследователи из Бристольского университета на самом деле разработали надлежащий эксперимент для прямого измерения одновременного динамического диапазона глаза и получили среднее значение 12,4 ступени.

Динамический диапазон камер

Наконец, мы подошли к самому важному в жизни: динамическому диапазону сенсора вашей камеры. Это отношение между максимальным сигналом, который может быть зафиксирован датчиком, и минимальным шумом датчика. Минимальный уровень шума — это, по сути, точка, в которой часть изображения будет неотличима от изображения, снятого при полном отсутствии света, попадающего на матрицу. Фотопросветление!

Иногда люди используют другие измерения динамического диапазона, так как темные части изображения все еще могут быть выше, чем этот минимальный уровень шума, но при этом они довольно бесполезны с фотографической точки зрения. Однако эти мелочи выходят за рамки данной статьи.

DXOMark — это веб-сайт, на котором публикуются измерения динамического диапазона камер. Например, вот некоторые измерения при базовом значении ISO для каждой камеры:

9005II GH9051 Panasonic0060

Полнокадровая камера	Динамический диапазон (стоп)	Камера APS-C	Динамический диапазон (стоп)	Микро 4/3 камера	Динамический диапазон (ступени)
Canon R5	14,6	Canon 77D	13,3	13.1
Sony A7IV	14.7	Sony A6600	13.4	Olympus OM-D E-M1 Mark II	12.8
Nikon Z7II	14.7	Nikon D500	14.0	Olympus Pen-F	12.4
Pentax K1	14. 6	Pentax K3 II	13.6	Panasonic Gh5	12.8

The dynamic range of your camera depends on the ISO setting. Например, Sony A7IV, измеренный DXOMark, имеет динамический диапазон 14,7 ступени при базовом значении ISO и только 10,2 ступени при ISO 6400. Как правило, самый высокий динамический диапазон достигается при базовом (не расширенном) значении ISO.

Мы также видим, что динамический диапазон увеличивается с размером сенсора. Таким образом, будет легче запечатлеть динамический диапазон драматического пейзажа с помощью камеры с большим сенсором всего одним кадром, что является одной из многих причин, по которым полнокадровые камеры часто предпочитают для пейзажей.

Pentax K5 был выпущен в 2010 году и имеет динамический диапазон 14,1

На мой взгляд, эти числа определенно не так полезны, как раньше. Например, в свое время между Canon и Nikon была большая разница по динамическому диапазону. Возьмите Nikon D610 и Canon 5D Mark III, которые были выпущены примерно в одно и то же время. D610 имеет динамический диапазон 14,4 при базовом ISO согласно DXOMark, тогда как 5D Mark III имеет динамический диапазон 11,7. Эта разница в 2,7 ступени на самом деле может быть заметна при сравнении с реальным миром, хотя, конечно, обеими камерами можно делать отличные снимки.

В наши дни любые современные полнокадровые камеры дадут вам здоровое число более 14 ступеней. Более того, существует так много других факторов, влияющих на качество изображения, что динамический диапазон сенсора не следует переоценивать.

Что вы должны знать о динамическом диапазоне

Знание того, что ваша камера имеет 14,3 ступени против 14,8 ступеней, вероятно, не поможет вам… если, возможно, вы не используете динамический диапазон вашей камеры в качестве лотерейного числа и не выигрываете. Тем не менее, есть несколько полезных вещей о динамическом диапазоне. Во-первых, когда вам показывают сцену с очень высоким динамическим диапазоном, вам нужно постараться уместить как можно больше ее в финальное изображение.

Panasonic G9 + Laowa 2X Macro @ 50 мм, ISO 200, 1/160, f/5,6

Для цифровых камер и однократной экспозиции это означает, что вы должны экспонировать вправо; Другими словами, вы должны выставлять так, чтобы самые яркие важные части вашего изображения были максимально яркими, но не были переэкспонированы. Более того, для пейзажей вы должны делать это на базовом ISO (за исключением случаев, когда вы не можете).

С пленкой ситуация немного другая. Передержка легче восстанавливается с помощью негативной пленки, тогда как детали в тенях очень легко теряются. Это противоположность цифровым изображениям, где светлые участки легко теряются, а детали в тенях легко восстанавливаются.

Поэтому с негативной пленкой имеет смысл немного переэкспонировать, чтобы получить дополнительную детализацию в тенях. Это не относится к позитивной или слайдовой пленке, которая теряет детали при передержке, как цифровая.

Наконец, при съемке преимущественно статичных сцен, таких как множество пейзажей, съемка нескольких экспозиций и их объединение с использованием чего-то вроде метода усреднения с высоким динамическим диапазоном также увеличивает динамический диапазон. Для сцены с большим динамическим диапазоном темные области, которые в противном случае были бы слишком шумными, могут быть захвачены таким усредненным изображением без переэкспонирования светлых участков.

Заключение

В динамическом диапазоне нет ничего загадочного. Он просто говорит вам, насколько велика разница между самыми яркими и самыми темными сигналами в сцене или воспринимаемыми датчиком. В некоторых типах фотографии, таких как пейзажная фотография, динамический диапазон сцен часто бывает высоким, и поэтому важно, чтобы как можно большая его часть уместилась в конечном изображении. К счастью, современные камеры настолько хороши, что вы сможете получать отличные изображения даже в сложных условиях.

Что такое динамический диапазон и почему он важен?

Каждое музыкальное произведение имеет определенный динамический диапазон , означающий разницу между самыми громкими и самыми тихими пассажами. Звуковое оборудование также имеет характерный динамический диапазон, хотя в данном случае этот термин описывает границы того, на что способна эта часть оборудования.

В этой статье мы подробно рассмотрим концепцию, а также объясним, почему динамический диапазон так важен для получения удовольствия от прослушивания записанной музыки.

Удары

Динамика — это один из важнейших компонентов — наряду с мелодией, гармонией и ритмом — которые делают музыку приятной и захватывающей для прослушивания. Песня, которая имеет заметные различия в уровне громкости, почти всегда более увлекательна, чем та, которая остается практически неизменной от начала до конца.

Но если песня имеет слишком широкий динамический диапазон, вы не услышите четко тихие части, а громкие части будут неприятно громкими. И наоборот, если разница между громким и тихим звуком слишком мала, музыка будет звучать сдавленно и может даже утомлять ваши уши, особенно при прослушивании на высоких уровнях громкости.

Точно так же, как художник или фотограф сопоставляет свет и тень, музыкальный исполнитель, автор песен или продюсер создает аранжировки, которые различаются по громкости и интенсивности для создания драмы. Вариации могут быть тонкими, например, усиление инструментовки во втором куплете, или они могут быть более очевидными, например, секция разбивки (где большинство инструментов исчезает) после громкого припева.

На более детальном уровне динамика является важной частью музыкальной и вокальной техники. Например, когда барабанщик играет на барабане, он не бьет каждый бит с одинаковой громкостью. Если бы они это сделали, это звучало бы как пулемет, а не барабан. Изменения в динамике между каждым ударом — это то, что придает роллу ощущение и музыкальность. Точно так же певцы обычно переходят от более громкого к более тихому от раздела к разделу или даже от слова к слову.

Технические особенности

Динамический диапазон любой записи определяется как отношение самого громкого пика к самому тихому, выраженное в децибелах (дБ). Для контекста слуховая система человека имеет динамический диапазон около 90 дБ; человек со здоровым слухом может воспринимать все, от шепота (примерно 30 дБ) до взлетающего самолета (120 дБ). Обратите внимание, что шкала децибел является логарифмической, а не линейной, поэтому разница между 30 дБ и 120 дБ даже более значительна, чем кажется.

Воспроизводимые носители также имеют динамические диапазоны. Например, динамический диапазон 16-битного / 44,1 кГц компакт-диска составляет более 90 дБ — немного больше, чем диапазон человеческого слуха. 24-битный цифровой звук имеет теоретический динамический диапазон 144 дБ, но ни одна система воспроизведения не может сравниться с ним… да и вам бы этого не хотелось, учитывая, что 120 дБ SPL — это порог боли!

Аудиоустройство, воспроизводящее музыку, также имеет динамический диапазон. Для такого оборудования, как приемники, громкоговорители и наушники, этот показатель рассчитывается как отношение между самым громким звуком, который может произвести устройство, и самым тихим звуком до того, как шум станет слышимым («минимальный уровень шума»). Чем больше его динамический диапазон, тем больше запас компонент будет иметь. Headroom — это диапазон выше среднего рабочего уровня до искажения.

Абсолютный предел цифрового аудио составляет 0 дБFS (полная шкала децибел). Вы можете думать о 0 dBFS как о непреодолимом потолке; увеличение громкости сдавливает сигнал, создавая неприятные цифровые искажения, которые вы услышите, когда он будет преобразован обратно в аналоговый для воспроизведения.

Расчет искажений в аналоговом компоненте не так точен. Это потому, что если сигнал перегружает цепь, это не обязательно ухудшает качество звука, как это происходит с цифровым звуком. На самом деле, аналоговый звук часто звучит лучше, когда он слегка перегружен и создает насыщение. В конце концов, если вы продолжите увеличивать громкость, это приведет к достаточному искажению, чтобы ухудшить звук, но где это может быть, зависит от вашего мнения.

Когда дело доходит до характеристик звукового оборудования, динамический диапазон (сокращенно DNR) часто путают с отношением сигнал-шум (SNR). Хотя они похожи, они не рассчитываются одинаково. Как мы уже говорили, DNR измеряет соотношение между самым громким возможным пиком без искажений и самым тихим пиком до того, как будет слышен шум (обычно гул или шипение). Вместо этого SNR вычисляет разницу между стандартным рабочим уровнем устройства и минимальным уровнем шума. С обеими спецификациями, чем выше число, тем лучше.

Разница между DNR и SNR.

Динамический диапазон и музыкальный жанр

Вся музыка имеет некоторую степень колебаний уровня, но некоторые жанры имеют более широкий динамический диапазон, чем другие. Записанная поп-музыка, рок, R&B, хип-хоп и кантри обычно имеют относительно скромный динамический диапазон — обычно около 10 дБ, хотя бывают и исключения. Электронная танцевальная музыка (EDM), вероятно, имеет наименьший динамический диапазон — часто около 6 дБ — но компенсирует это, создавая контраст с почти бесконечным набором инструментальных цветов и текстур, поступающих от синтезаторов и сэмплеров.

На другом конце спектра находятся джаз и классическая музыка, у которых могут быть значительные различия между самыми тихими и самыми громкими частями. В джазе песни в быстром темпе обычно варьируются от громких пассажей, сыгранных на духовых и саксофонных инструментах, до тихих соло на фортепиано и басу. Даже в джазовых балладах динамический диапазон обычно относительно широк. Исследование динамического диапазона в различных музыкальных стилях , проведенное в 2016 году, показало, что динамический диапазон в джазе обычно колеблется от 13 дБ до 23 дБ.

Как группа, классические записи имеют самый широкий динамический диапазон среди всех жанров. То же исследование, упомянутое выше, показало, что записанная классическая музыка обычно имеет динамический диапазон от 20 до 32 дБ. Хотя это может показаться большим, это все же немного меньше, чем у живого выступления симфонического оркестра, которое может достигать 90 дБ.

Независимо от того, какую музыку вы предпочитаете, используйте высококачественные аудиокомпоненты, такие как Yamaha AVENTAGE 9.Ресивер 0033 поможет вам в полной мере ощутить динамический диапазон ваших любимых записей.

Ресивер Yamaha AVENTAGE RX-A8A.

Не трогайте этот набор

Звукоинженеры используют сжатие звука для управления динамическим диапазоном в процессе производства музыки. Компрессор уменьшает пики сигнала, тем самым уменьшая динамический диапазон и позволяя включить всю композицию без пиков, вызывающих искажения.

После удаления пиков песню можно сделать намного громче без искажений.

Одной из причин уменьшения динамического диапазона записанной музыки является то, что ее часто слушают в шумной обстановке, например, в машине. Автомобиль на шоссе может иметь уровень шума почти 70 дБА (дБА — это взвешенная шкала, которая учитывает, как люди слышат разные частоты при разной громкости). Если песня слишком сильно меняется от громкой до тихой, вам придется постоянно регулировать громкость автомобильной аудиосистемы. Во время тихих частей вам нужно будет включить его погромче, чтобы услышать его сквозь шум дороги и ветра, но тогда он будет неудобно громким во время более громких частей. Разумное использование сжатия решает проблему.

Громче против Громче

До появления потоковых сервисов для доставки музыки — когда компакт-диски все еще были доминирующим форматом — мир популярной музыки переживал так называемые « войны за громкость ». Чтобы их музыка выделялась на радио или в клубной звуковой системе (по сравнению с другими треками, воспроизводимыми до и после), песни были обработаны с большим сжатием, чтобы получить их средний уровень как можно выше.

Непреднамеренным последствием стало то, что динамический диапазон этих записей стал меньше, музыка стала звучать сплющеннее, менее резко и часто утомительно для ушей. В те дни песни нередко имели динамический диапазон от 4 до 6 дБ. Металлика 2008 9Альбом 0414 Death Magnetic был одним из самых сильно сжатых, а потому противоречивых релизов эпохи «войны за громкость».

На приведенном ниже снимке экрана показаны осциллограммы (записанные с TIDAL) для « In the Hall of the Mountain King » Эдварда Грига (область слева) и « My Apocalypse » Metallica из Death Magnetic (область справа). Обратите внимание, насколько шире динамический диапазон в «В зале горного короля».

Разница между большим и малым динамическим диапазоном.

К счастью, потоковые сервисы представили функцию под названием «Нормализация громкости», которая автоматически устанавливает потолок громкости песни; независимо от того, насколько громкой является запись, она будет автоматически отключена, чтобы она не превышала этот потолок. В результате при мастеринге для потоковой передачи инженерам больше не нужно уменьшать динамический диапазон, чтобы сделать песни громче. Это привело к расширению динамического диапазона в популярной музыке, который в настоящее время находится в диапазоне в среднем 10 дБ. Это все еще довольно узко, но ситуация улучшается, и, надеюсь, эпоха уничтожения музыки в основном закончилась.

 

Нажмите здесь для получения дополнительной информации о ресиверах Yamaha AVENTAGE.

Руководство для начинающих по динамическому диапазону в фотографии

Вы, наверное, слышали, что термин «динамический диапазон» (DR) часто используется в статьях по фотографии и обзорах камер, но что это такое и как он связан с вашей фотографией и навыки работы с камерой?

Когда я только начал заниматься фотографией, концепция динамического диапазона надолго сбила меня с толку, и я был слишком смущен, чтобы просить о помощи или признаться, что не знаю.

Вот почему мы создали это руководство для начинающих — вскоре вы поймете ключевые моменты динамического диапазона и будете уверены, что сможете использовать его в своих интересах для создания потрясающих изображений в 2022 году.

Мы также включили 6 полезных советов. чтобы помочь вам максимизировать динамический диапазон вашей текущей камеры.

Начинаем!

Настоятельно рекомендуется

8 инструментов для фотографов

Ознакомьтесь с 8 основными инструментами, которые помогут вам стать профессиональным фотографом.

Включает временные скидки.

Узнайте больше здесь

Содержание

Что такое динамический диапазон в фотографии?

 

В двух словах, динамический диапазон — это разница между самыми светлыми и самыми темными тонами на фотографии — от чистого белого до чистого черного.

DR имеет важное значение, так как каждая камера имеет датчик, который записывает информацию об изображении в тонах или оттенках серого. Некоторые датчики могут видеть только детали от темно-серых до светло-серых тонов, но не совсем чисто белый и черный.

Что еще более важно, динамический диапазон камеры относится к тому, сколько приращений датчик изображения может обнаружить между чистым черным и белым, плюс тона между ними.

Эти приращения известны как стопы

, f-ступени, стопы света или EV (значение экспозиции) — давайте далее будем называть их стопами  для простоты.

Стопы — это единица измерения, используемая в фотографии для считывания и управления количеством света, которое может видеть камера.

Если каждое приращение динамического диапазона является одной остановкой, то количество приращений, которое может считывать камера, определяет, сколько ступеней динамического диапазона она может зафиксировать.

Имейте в виду, что способность датчика камеры обнаруживать более широкий динамический диапазон зависит от качества датчика изображения.

Каковы размеры сенсора камеры? Ознакомьтесь с нашим руководством, чтобы узнать о них все.

Как мы видим динамический диапазон

Когда вы видите рекламу камеры, обычно говорят, сколько ступеней динамического диапазона у камеры. Но это нужно немного расширить за пределы коммерческого предложения.

В среднем, высококачественная цифровая камера захватывает от 12 до 15 ступеней динамического диапазона при базовом уровне ISO, который обычно составляет около 100. Однако для измерения емкости должны существовать идеальные условия освещения – никаких темных теней и светлых участков. .

Если условия освещения увеличиваются или уменьшаются, способность камеры считывать 15 ступеней динамического диапазона уменьшается.

Более того, если вы увеличите значение ISO камеры, динамический диапазон значительно снизится — об этом позже.

В то время как высококачественные цифровые камеры могут видеть до 15 ступеней динамического диапазона, человеческий глаз может видеть почти 20 ступеней. Но, как и в случае с камерами, это при идеальных условиях освещения.

Подумайте о ситуациях, когда вы входите в темную комнату. Вашим глазам требуется некоторое время, чтобы привыкнуть, прежде чем вы сможете разглядеть детали. Ваши глаза адаптируются к изменившимся условиям, чтобы различать детали в темноте — ваши глаза работают с более низким динамическим диапазоном.

Включите свет, и ваш динамический диапазон значительно увеличится с увеличением яркости сцены.

Почему динамический диапазон имеет значение?

Сенсор с большим динамическим диапазоном позволит фотографу «убрать» потерянные детали в светлых участках неба с помощью программного обеспечения для редактирования.

Представьте себе сцену в яркий солнечный день, когда вы можете разглядеть детали в облаках и пейзаже. Это выглядит великолепно, и вы поднимаете камеру, чтобы запечатлеть красивую сцену.

Но когда вы смотрите на свою фотографию, большая часть пейзажа хорошо освещена, но некоторые тени потеряли детализацию, а небо чисто белое. Это потому, что наши глаза имеют больший динамический диапазон, чем камеры.

Другими словами, наши глаза могут различать уровень детализации в тенях и светах лучше, чем наши камеры.

Непрекращающееся стремление компаний, производящих камеры, состоит в том, чтобы преодолеть разрыв в динамическом диапазоне, видимом нашими глазами и их камерами. Тот, кто взломает этот код, получит приз!

Вот почему в фотографии так важен динамический диапазон, чтобы камеры могли снимать так, как видит человеческий глаз.

Кроме того, чем больше деталей извлечено из теней и светов, тем лучше будет результат.

Как измеряется динамический диапазон?

В некоторых кругах измерения динамического диапазона включают ужасно сложную и заведомо скучную математику.

Проще говоря, DR в фотографии — это соотношение между самым светлым элементом и самым темным, также известное как коэффициент контрастности.

Измеряется стопами (f-ступени, стопы света, EV), стоп относится к одной единице света. Каждая ступень вверх или вниз в динамическом диапазоне удваивает или уменьшает вдвое количество света, необходимое для достижения правильной экспозиции.

Имеют ли значение мегапиксели?

Несомненно, вы слышали «разговоры о камерах», в которых обсуждалось количество мегапикселей в камере. Это светочувствительные рецепторы, которые покрывают датчик камеры.

Мегапиксель (МП) равен одному миллиону пикселей и указывает количество и качество деталей, которые может зафиксировать камера. Традиционно, чем больше мегапикселей, тем лучше качество изображения.

Например, типичная беззеркальная камера Fujifilm серии X имеет 26-мегапиксельный сенсор — 26 миллионов пикселей. Однако Fujifilm GFX100S, более крупная камера среднего формата с большим сенсором, имеет разрешение 102 мегапикселя — 102 миллиона пикселей.

Камеры с большим числом мегапикселей, как правило, имеют больший динамический диапазон, но не всегда.

Помимо размера сенсора камеры и количества мегапикселей, качество отдельных пикселей также имеет решающее значение для DR. Важнее всего размер отдельного пикселя и способность обнаруживать свет.

Чем меньше пикселей большего размера, тем лучше для динамического диапазона, чем больше пикселей меньшего размера.

Как увеличить динамический диапазон вашей камеры

Помните пример, о котором мы говорили ранее, когда ваш глаз видел больше пейзажа, чем камера? Что, если я скажу вам, что несколько хаков могут помочь вам преодолеть разрыв?

Существует несколько способов улучшить и максимально увеличить динамический диапазон вашей камеры. Более того, вы можете сделать это, находясь в полевых условиях с камерой в руке, или позже в приложениях для редактирования.

Давайте рассмотрим наиболее распространенные способы улучшения DR на ваших фотографиях и повышения качества съемки.

Используйте градуированные фильтры нейтральной плотности

Авторы и права: Крис Янг

Пейзажная фотография — это жанр, который имеет много проблем с оптимизацией динамического диапазона с помощью современных сенсорных технологий.

Пейзажная композиция делится примерно на половину кадра, заполненную ярким небом, и на другую половину более темной землей и тенями.

Как мы уже говорили ранее, цифровым телам трудно достичь подходящего баланса, когда небо и земля экспонируются правильно.

Самый простой способ справиться с этим — использовать градиентный фильтр нейтральной плотности.

Фильтры GND доступны в различных размерах, чтобы соответствовать большинству стандартных диаметров линз. Они привинчиваются к передней части объектива и, в зависимости от их уровня «плотности», уменьшают количество света на несколько стопов.

Фильтры Grad ND имеют плотность, примененную к одной половине фильтра, которая переходит в прозрачную часть в другой половине.

Вы обрамляете свою композицию более темной половиной фильтра, покрывающего небо. Экспонируя свой снимок земли, вы гарантируете, что вся фотография будет экспонирована правильно.

Небо покажет свой реальный цвет, и вы получите более четкое изображение облаков — без нежелательных бликов.

Здесь вы можете узнать больше о фильтрах для объективов и выяснить, сколько ступеней нейтрального фильтра вам следует купить.

Понимание своей гистограммы

Большинство цифровых камер имеют гистограмму, которая отображается на экране — это графическое представление плотности пикселей сцены.

Знакомство с гистограммой — отличный способ понять и управлять динамическим диапазоном.

Гистограмма показывает большую плотность слева от графика, если ваша фотография слишком темная. Он также покажет плотность пикселей справа, если сцена слишком интенсивная в солнечный день или имеет слишком много бликов.

Слишком высокая плотность пикселей на обоих концах заставляет камеру работать за пределами своего динамического диапазона — и вы потеряете детализацию света или тени.

Удерживая плотность пикселей в пределах гистограммы, вы оптимизируете динамический диапазон камеры.

Ознакомьтесь с нашим руководством по гистограмме здесь.

Экспозиция вправо 

Я знаю, что только что сказал, чтобы плотность пикселей гистограммы не отклонялась вправо или влево слишком сильно. Если вы снимаете со сложным динамическим диапазоном и вам приходится выбирать между слишком ярким и слишком темным, выберите слишком яркий.

При этом ваша гистограмма будет показывать большую плотность пикселей справа — без того, чтобы все это упиралось в границу.

Экспонирование вправо («ETTR») — термин, используемый для описания этого метода.

Камеры лучше справляются с переэкспонированным или более ярким динамическим диапазоном, чем с более темным. Кроме того, блики часто легче восстановить в программном обеспечении для редактирования.

Узнайте больше о недодержке и передержке здесь.

Снимать в формате RAW

Цифровые камеры позволяют снимать в формате JPEG и RAW. Файлы JPEG намного меньше по размеру, поскольку они содержат только поверхностный слой данных фотографии и деталей.

Как правило, файлы JPEG намного сложнее редактировать и исправлять в программах редактирования.

Файлы RAW намного больше по размеру и содержат все несжатые данные изображения непосредственно с сенсора. Все эти дополнительные данные означают, что вы с большей вероятностью восстановите потерянные детали в тенях и отодвинете некоторые из бликов.

Файлы RAW содержат весь динамический диапазон камеры, и с помощью приложений для редактирования мы можем сделать фотографию эффектной.

Подробнее о других различиях между RAW и JPEG можно прочитать здесь.

Сохраняйте низкое значение ISO

При оптимизации динамического диапазона камеры устанавливайте максимально низкое значение ISO. Это проще сделать при съемке в ярких условиях, поскольку мы не полагаемся на ISO для правильной экспозиции фотографии.

Увеличение ISO может сделать всю фотографию ярче, но при этом уменьшится диапазон камеры. Каждое увеличение ISO добавляет света, но уменьшает динамический диапазон.

Вместо увеличения ISO рассмотрите возможность использования более широкой диафрагмы или более длинной скорости затвора.

Узнайте больше об ISO здесь.

Создание HDR-изображений

Создание фотографий с расширенным динамическим диапазоном (HDR) эффективно преодолевает ограничения динамического диапазона, если все сделано правильно.

Если у вас возникли проблемы с правильной экспозицией светлых и темных областей изображения, попробуйте сделать несколько снимков с разной экспозицией. Некоторые камеры имеют функции брекетинга для автоматизации HDR-съемки.

Сделав несколько фотографий одной и той же сцены с разной экспозицией, вы можете позже объединить их в программном обеспечении для редактирования, чтобы сформировать фотографию с расширенным динамическим диапазоном.

Процесс смешивания приводит к правильному экспонированию каждой области изображения, что увеличивает динамический диапазон фотографии.

Чрезмерное использование HDR-фотографии часто приводит к тому, что фотографии выглядят неправильными и пережаренными. При правильном балансе и практике с HDR вы получите правильную экспозицию и детализацию в тенях и светах.

Вот более подробное руководство по HDR-фотографии, а также обзор Aurora HDR, программного инструмента, помогающего упростить процесс редактирования.

Какая камера имеет лучший динамический диапазон?

Если вы ищете цифровые камеры с лучшим динамическим диапазоном, вам есть из чего выбрать.

Все ведущие бренды камер стремятся поднять потолок динамического диапазона все выше и выше с каждым поколением цифровых камер.

В результате большинство камер текущего поколения от ведущих брендов имеют исключительный динамический диапазон, составляющий в среднем от 12 до 15 ступеней при различных значениях ISO.

Nikon D850 возглавляет рейтинги как камера с лучшим динамическим диапазоном, хотя несколько других моделей отстают от нее.

Следующий шаг для вас — определить, какие еще функции вы ищете в цифровой камере профессионального уровня, чтобы сократить список возможных вариантов.

Вот наш выбор доступных в настоящее время камер с лучшим динамическим диапазоном (мы ссылаемся на обзоры Shotkit, где они доступны):

• Nikon D850 — 14,8 ступени при ISO 64 
• Leica Q2 — 14,5 ступени при ISO 400
• Canon EOS R — 14,1 ступени при ISO 800.
• Leica CL — 13,6 ступени при ISO 100.
• Canon EOS M50 — 13,4 ступени при ISO 100.
• Olympus OM-D E-M10 Mark III — 12,3 ступени при ISO 800.
• Canon 5D Mark IV — 13,6 ступени при ISO 100.
• Sony α7R IV — 14,7 ступени.
• Sony a7 III — 14,7 ступени при ISO 50
• Nikon Z7 — 14,6 ступени при ISO 64
• Panasonic Lumix DC-GH5 — 13 ступеней при ISO 200

How важен ли динамический диапазон в фотографии?

Динамический диапазон в фотографии очень важен, поскольку он означает создание фотографий, максимально приближенных к тому, что видит человеческий глаз. Кроме того, в настоящее время основным направлением деятельности всех производителей камер является улучшение динамического диапазона в каждом новом поколении камер.

Что такое «хороший» динамический диапазон?

Хороший динамический диапазон зависит от того, что вы собираетесь фотографировать. Если вы предпочитаете пейзажи и фотографии на открытом воздухе, то хороший динамический диапазон должен стоять на первом месте в вашем списке приоритетов.

Высококачественные цифровые камеры имеют диапазон от 12 до 15 ступеней при базовых уровнях ISO, но некоторые из них невероятно дороги.

Диапазон от 10 до 13 идеален для большинства фотографов, а с помощью обсуждаемых здесь приемов вы все равно сможете оптимизировать результаты.

Влияет ли ISO на динамический диапазон?

Да, ISO влияет на DR. Каждое увеличение ISO добавляет света, но уменьшает динамический диапазон.

Заключительные слова

На этом наше руководство по динамическому диапазону заканчивается. Часто концепции и приемы фотографии чрезмерно усложняются ненужным жаргоном и намерениями.

Изучение нового навыка или процесса должно быть приятным и простым, особенно для таких творческих людей, как мы.

DR — это простая концепция, которая во многом зависит от возможностей сенсора вашей камеры. Но, как мы обнаружили, есть способы оптимизировать результаты и каждый раз получать потрясающие фотографии с правильной экспозицией.

Что вы думаете о динамическом диапазоне в фотографии? Есть ли у вас какие-то лайфхаки, которые помогут вам оптимизировать DR в разных жанрах и сценариях?

Присоединяйтесь к обсуждению, добавив свои мысли и вопросы ниже. Удачной стрельбы!

Динамический диапазон (постпроцессор) | Imatest

Текущая документация
Просмотр предыдущей документации
Просмотреть устаревшую документацию
Все версии документации

Постпроцессор до цвета/Тон:
Расчет динамического диапазона от нескольких изображений серого

39. 2843

. Динамический диапазон теперь можно рассчитать по полуглянцевым отражающим и пропускающим полутоновым ступенчатым диаграммам в градациях серого в интерактивном режиме «Цвет/тон», «Настройка цвета/тона» и eSFR ISO.

 

Постпроцессор динамического диапазона , а не рекомендуется для измерений с высоким динамическим диапазоном (HDR) , поскольку он имеет тенденцию минимизировать эффекты бликов, что приводит к чрезмерно оптимистичным измерениям. Подходит для измерения нормального динамического диапазона (ожидаемое значение <80 дБ). Рекомендации см. в диаграмме динамического диапазона — коэффициент пропускания.

Знакомство с постпроцессором динамического диапазона

Спасибо Джонатану Саксу за предложение этого модуля.

Imatest имеет несколько типов расчета динамического диапазона, на которые даны перекрестные ссылки.

Динамический диапазон из одного пропускающего изображения карты.	Пошаговая диаграмма, цвет/оттенок интерактивная, цвет/оттенок	Требуется диаграмма пропускания, такая как диаграмма динамического диапазона Imatest с 36 участками или диаграмма HDR (обе показаны ниже), поскольку диаграммы отражения не имеют достаточного тонального диапазона.
Контраст Разрешение Динамический диапазон	Цвет/Оттенок Интерактивный, Цвет/Оттенок	Пропускная диаграмма, предназначенная для демонстрации видимости элементов с низким контрастом в широком диапазоне тонов (95 дБ).
Динамический диапазон из нескольких (с разной экспозицией) изображений	Модуль постпроцессора динамического диапазона (описан на этой странице)	Использует вывод в формате CSV пошаговой диаграммы цвета/тона для нескольких изображений с разной экспозицией. Обычно используется с отражающими картами, но также могут использоваться пропускающие карты. Может завышать DR, потому что он недооценивает, насколько вуалирующие блики ухудшают DR.
ISO 15739 Динамический диапазон от участка с плотностью ≈ 2	Color/Tone Interactive, Color/Tone, eSFR ISO	Экстраполирует динамический диапазон из одного участка с плотностью ≈ 2.
Необработанный датчик Динамический диапазон	Цвет/Оттенок Интерактивный, Цвет/Оттенок	Сопоставляет необработанные данные с уравнением из стандарта EMVA 1288, затем экстраполирует, чтобы найти DR. Тестовая таблица не обязательно должна иметь такой же широкий тональный диапазон, как DR, но рекомендуются пропускающие диаграммы с тональным диапазоном ≥ 3. Динамический диапазон датчика часто намного больше, чем DR, измеренный в реальных системах визуализации (которые ограничены бликами).

 

Dynamic Range — это постпроцессор для Stepchart и Color/Tone, который вычисляет динамический диапазон камеры динамический диапазон — диапазон экспозиции, который камера может зафиксировать с заданным уровнем качества — до четырех экспозиций

• отражающие ступенчатые диаграммы, такие как Kodak Q-13 или Q-14, диаграммы ISO 14524 или ISO 14579 или из
Диаграммы пропускания
• , такие как диаграмма динамического диапазона Imatest с 36 участками, диапазон плотности которых (~ 3,0) недостаточен для лучших зеркальных и HDR-камер.

Постпроцессор Динамический диапазон подходит, когда

• трансмиссивная диаграмма недоступна (отражающие диаграммы имеют ограниченные диапазоны плотности, редко превышающие 2 единицы оптической плотности (6,6 ступени диафрагмы) и никогда не превышающие 2,3 или
• доступная диаграмма пропускания имеет неподходящий диапазон плотности. Как и во всех модулях Imatest, доступно множество вариантов отображения.
• Обработка изображений едина для всех изображений , что означает, что тональное преобразование не может быть применено.

Совет:   Imatest Transmissive HDR (High Dynamic Range) диаграммы имеют тональный диапазон более 100 дБ (коэффициент пропускания >100 000:1). Датчики доступны с заявленным динамическим диапазоном более 120 дБ, но реальных камер, о которых нам известно, не могут обеспечить динамический диапазон более 100 дБ из-за бликов — рассеянный свет, отражающийся между элементами объектива и от корпуса объектива. Некоторые производители датчиков вводят клиентов в заблуждение, ожидая, что динамический диапазон системы превысит 120 дБ. К сожалению, это невозможно с современными (2022) технологиями! 🙁  Imatest может измерять динамический диапазон сенсора по полностью необработанным изображениям , используя метод, описанный здесь .

 

Ограничения:   При объединении нескольких изображений влияние вуалирующих бликов на динамический диапазон,
, которое может быть очень значительным для изображений HDR, не учитывается должным образом.  

Динамический диапазон читает до четырех файлов CSV, созданных с помощью Stepchart или Color/Tone. Файлы должны быть результатом обработки четырех изображений в градациях серого, сделанных одной и той же камерой и объективом, но с экспозициями, разделенными 2-4 ступенями диафрагмы. выравнивает ось X (логарифм экспозиции) для представления относительных экспозиций. Результирующий диапазон намного больше, чем диапазон плотности одной рефлективной диаграммы — около 6,6 ступеней диафрагмы. вычисляет динамический диапазон на основе шума f-stop (с привязкой к сцене), используемого в Stepchart и Color/Tone).

Пример выходных данных динамического диапазона, показывающих шум диафрагмы и соответствующие динамические диапазоны

Эксплуатация

• Сделайте несколько изображений тестовой таблицы, каждое из которых отличается экспозицией не менее чем на 2 ступени диафрагмы (EV). Для отражающих диаграмм общий диапазон от наиболее экспонированного изображения до наименее экспонированного изображения должен составлять не менее 6 ступеней диафрагмы для получения хороших результатов (7 или 8 не помешают). Наименее экспонированные изображения будут казаться почти черными, но они должны содержать некоторые детали. Самый светлый участок наиболее экспонированного изображения должен быть насыщенным (R, G и B = 255 в 24-битных цветных изображениях или 65 535 в 48-битных цветных изображениях. Убедитесь, что в свете нет бликов. На странице Imatest Test Lab есть несколько рекомендаций по освещению

Совет:   После насыщения самого яркого участка (уровень 255 для изображений с глубиной 8 бит; 65535 для изображений с глубиной 16 бит) нет смысла увеличивать экспозицию. Дополнительные насыщенные патчи содержат нет полезную информацию. С другой стороны, темные (недоэкспонированные) изображения могут содержать важную информацию, которая нечетко видна.

• Чтобы определить максимальный потенциал камеры, сохраните файлы изображений в формате RAW для последующего преобразования или используйте один из вариантов преобразования RAW Imatest. Вы также можете захватить и сохранить файлы JPEG для сравнения, чтобы увидеть, как на динамический диапазон влияет преобразование JPEG в камере (которое обычно включает программное шумоподавление).

Экспозиция +1 f-stop (первый патч насыщен)	-2 ступени диафрагмы	-5 f-stop (некоторая деталь присутствует, но едва видна)
Изображения Stepchart и X-Rite Colorchecker с выдержкой диафрагмы +1, -2 и -5. (Изображения сделаны с шагом 1 диафрагма от +1 до -6.)

• Если необходимо анализировать изображения RAW, преобразуйте в 16-битный формат TIFF для достижения наилучших результатов. Обязательно запишите настройки преобразования RAW, которые влияют на тональную характеристику. Шумоподавление (одна из функций RAW-конвертеров) сильно влияет на измеряемый динамический диапазон.
• Анализ изображений с помощью пошаговой диаграммы или цвета/тона. Обязательно сохраните выходные файлы CSV.

Совет:   Если изображения имеют тональную карту (метод увеличения динамического диапазона восприятия путем локального смещения тоновых уровней), модуль динамического диапазона не сможет правильно объединить отдельные изображения. Тональный отклик каждого изображения будет разным, что делает точное выравнивание трудным или даже невозможным. По возможности необработанные изображения следует использовать для характеристики внутреннего динамического диапазона камеры.

• Откройте динамический диапазон , нажав кнопку слева от главного окна Imatest. Появится следующий экран приветствия. Оно может содержать более современные инструкции, чем приведенное ниже изображение. Ранее введенные файлы CSV считываются и сохраняются.

Начальный экран динамического диапазона

• Введите 2-4 Файлы результатов CSV, созданные с помощью Stepchart или Color/Tone, в окна A , B , C и/или D . (Одно или два окна могут быть пустыми. Нет. можно выбрать при необходимости.) Файлы должны быть для экспозиций, разделенных 2-4 ступенями диафрагмы (EV). Количество обнаруженных патчей для каждого файла показано справа от окна ( N 20 20 17 10 ).
• Если результаты еще не появились, нажмите «Рассчитать».

Результаты

Доступно несколько экранов и вариантов отображения. Они выбираются в нижней правой части окна динамического диапазона.

Дисплей

Уровни пикселей в зависимости от экспозиции, где экспозиция = -log 10 (плотность участков).

Log Уровень пикселей в зависимости от экспозиции, где Log обозначает log 10 .

Локальная гамма: d(логарифмический уровень пикселей) / d(логарифмическая экспозиция), т. е. наклон графика логарифмического уровня пикселей. Гамма контрастная.

Шум f-stop: Шум, относящийся к изображению .

S/N (шум 1/f-stop)

ОСШ (шум 1/f-ступень) дБ = 20 log 10 (шум 1/f-ступень).

Pixel S/N (уровень пикселей/шум). Опционально отображается с помощью Stepchart. Ссылка на файл .

Pixel SNR дБ = 20 log 10 (уровень пикселей/шум)

Данные Exif

Канал

(только Imatest Master) Выбор цветового канала: Y (яркость), R , G или B .

Шкала по оси X

диафрагмы (EV). Наиболее популярные единицы для выражения динамического диапазона.

Единицы плотности: на основе логарифмической шкалы 10 . 1 единица плотности = 3,32 ступени диафрагмы (EV).

Выравнивание по оси X

Без смещения

Смещено (выровнено) Наиболее интересно: показывает общий диапазон экспозиции

На изображении ниже показан логарифмический уровень пикселей в зависимости от (логарифмической) экспозиции (в диафрагменных ступенях). Ось X была смещена (выровнена). Уровни невыровненных логарифмических пикселей показаны слабыми линиями справа от графика. У камеры сильное «плечо», что снижает вероятность выгорания бликов.

Логарифмический уровень пикселей как функция (логарифмической) экспозиции. Canon EOS-20D, ISO 100, стандартный режим изображения.

Результаты динамического диапазона показаны вверху справа. Показаны значения динамического диапазона, основанные на шуме диафрагмы полужирный шрифт . Они идентичны числам в анализе Stepchart. Альтернативное измерение динамического диапазона на основе отношения сигнал-шум (SNR) в пикселях показано обычным (не жирным) шрифтом. Два дополнительных графика показаны ниже. Количество обнаруженных исправлений для каждого файла отображается справа от имени файла ( N 20 20 17 10 ).

Шум диафрагмы с указанием динамических диапазонов

Отношение сигнал/шум пикселей в дБ (20 log ₁₀ (уровень пикселей/шум)), отображение динамических диапазонов

Динамический диапазон — фон

Динамический диапазон (DR) — это диапазон тонов, на который реагирует камера. Обычно она измеряется в диафрагмах или, что то же самое, в зонах или EV (величина экспозиции), каждая из которых представляет собой коэффициент экспозиции, равный двум. (Он также может быть измерен в единицах плотности, где одна единица плотности = 3,322 шага диафрагмы.)

DR обычно определяется как диапазон тонов, в котором среднеквадратичное значение шума измеряется в шагах диафрагмы (обратное значение сигнал-шум). отношение к шуму, SNR), остается ниже заданного максимального значения. Чем ниже максимальный шум (чем выше минимальное SNR), тем лучше качество изображения, но тем меньше соответствующий динамический диапазон. SNR имеет тенденцию быть худшим в самых темных областях. Imatest рассчитывает динамический диапазон для нескольких минимальных уровней SNR от 10 (20 дБ) (высокое качество изображения) до 1 (0 дБ) (низкое качество; в соответствии с техническими данными производителя или стандартом ISO 15739).определение).

Динамический диапазон сенсора изображения, соответствующий спецификациям производителя, может быть рассчитан в цветовом/тональном и eSFR ISO на основе минимально обработанных (без омолаживания) необработанных изображений с использованием совершенно другого метода: см. Шум сенсора изображения (необработанный).

Динамический диапазон, соответствующий SNR = 1 (1 ступень диафрагмы шума), соответствует определению динамического диапазона ISO в разделе 6.3 стандарта измерения шума ISO: ISO 15739: Фотография. Электронное неподвижное изображение. Шум измерения. Измерение Imatest отличается несколькими деталями от ISO 15739.; следовательно, нельзя ожидать, что результаты будут идентичными. (Мы добавим стандартный расчет ISO.) Imatest дает более точные результаты, поскольку он измеряет DR непосредственно из последовательности изображений диаграммы, а не экстраполирует результаты из одного отражающего изображения диаграммы.

Шум диафрагмы и отношение сигнал-шум к сцене Человеческий глаз реагирует на относительную разницу в яркости. Вот почему мы думаем о воздействии с точки зрения  зоны , f-stops или EV (значение экспозиции), где изменение на одну единицу соответствует изменению экспозиции в 2 раза. Относительная чувствительность глаза выражается 4 Закон Вебера-Фехнера,      Δ Д ≈ 0,01  Д   –или–  Δ Д / Д  ≈ 0,01 , где Δ L  – наименьшая разница в яркости, которую может различить глаз. Это уравнение является приблизительным; эффективный Δ L имеет тенденцию быть больше в темных областях сцен и отпечатков из-за визуальных помех (бликов) от ярких областей. Выражение шума в относительных единицах яркости, таких как диафрагменные числа, более точно соответствует реакции глаза, чем в стандартных единицах пикселей или напряжения. Шум в диафрагмах = N диафрагмы получается путем деления шума в пикселях на количество пикселей на диафрагму. (Мы по привычке используем «диафрагму», а не «зону» или «EV»; любой из них подходит.) Обратите внимание, что 1 диафрагма = 0,301 единиц оптической плотности = 6,02 дБ (децибел) = log 9.0082 2 (яркость). Также обратите внимание, что N f-stop  является шумом, привязанным к сцене, в (логарифмических) единицах f-stop, и его следует отличать от линейного шума, привязанного к сцене, N , ссылка на сцену , который имеет те же линейные единицы, что и яркость (сигнал сцены).      \(\text{Шум F-stop } = N_{f-stop} = \displaystyle \frac{N_{пикселей}}{d(\text{пиксель})/d(\text{f-stop})} =  \frac{N_{пикселей}}{d(\text{пиксель})/d(log_2 \text{яркость})}\)         \(=  \displaystyle \frac{N_{пикселей} \times log(2) \times \text{яркость}}{d(\text{пиксель})/d(\text{яркость})} ≅  \frac{ N_{пикселей} \times \text{яркость}}{d(\text{пиксель})/d(\text{яркость})}\) , где N пикселей — измеренный шум в пикселях, а \(d(\text{пиксель})/d(\text{f-stop})\) — производная сигнала (уровень пикселей) по к яркости сцены (экспозиции), измеренной в f-ступенях = log 2 (яркость). log (2) = 0,6931 был исключен для обеспечения обратной совместимости со старыми расчетами Imatest . Отметив, что яркость (экспозиция) — это уровень сигнала сцены,      \(\displaystyle \text{Шум, привязанный к сцене} = N_{scene-ref} = \frac{N_{пиксели}}{d(\text{пиксель})/d(\text{яркость})} ≅ \ frac{N_{f-stop}}{\text{яркость}}\)       \(\displaystyle \text{Отношение сигнал/шум к сцене} = SNR_{scene-ref} = \frac{\text{яркость}}{N_{scene-ref}} = \frac{1}{ N_{ф-стоп}} \) Отображение в режимах Stepchart, Color/Tone Interactive и Color/Tone Auto предлагает выбор между шумом f-stop или отношением SNR к сцене (выражаемым в виде отношения или в дБ). Обратите внимание, что SNR scene-ref уменьшается по мере уменьшения наклона кривой тонального отклика (часто в результате бликов в темных участках). На изображении справа вверху показано, как расстояние между пикселями между диафрагмами (и, следовательно, d(пиксель)/d(диафрагма)) уменьшается с уменьшением яркости. Это приводит к увеличению шума f-stop с уменьшением яркости, что видно на рисунках выше. Поскольку шум диафрагмы и отношение сигнал-шум к сцене являются функциями яркости сцены, в значительной степени не зависящими от обработки сигнала изображения и затуманивания от бликов, они являются отличными показателями реальных характеристик камеры. Они лежат в основе измерений динамического диапазона Imatest.

Что такое динамический диапазон в фотографии — основы экспозиции

Что такое динамический диапазон в фотографии?

Динамический диапазон в фото и кино

Динамический диапазон не относится к фотографии и кинематографии. Этот термин используется в аудио, технике и математике в целом. Чтобы лучше различать эту концепцию применительно к фотографии и кинематографии, давайте взглянем на определение динамического диапазона.

ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Что такое динамический диапазон?

Динамический диапазон — это отношение между максимальным и минимальным значениями переменного измерения. Применительно к фотографии и кинематографии этот диапазон представляет собой соотношение между самыми светлыми (самыми яркими) и самыми темными значениями в изображении.

Для камер динамический диапазон определяет, сколько деталей можно захватить в изображении. Измеряется в f/stops или t/stops. Чем шире диапазон стопов, тем больше диапазон.

Высокий динамический диапазон обычно означает, что можно захватить больше деталей как в светах, так и в тенях. Низкий диапазон означает, что детали в тенях могут быть потеряны, а детали в светах могут быть размыты.

Преимущества фотосъемки с полным динамическим диапазоном:

• Больше деталей в светлых и темных участках
• Больше контроля над изображением при редактировании
• Меньше зависимости от искусственного освещения

Съемка с динамическим диапазоном

Почему важен динамический диапазон

Для чего используется динамический диапазон и почему он важен? Вы когда-нибудь пытались сделать снимок при высококонтрастном освещении и обнаруживали, что вам нужно идти на компромисс? Вам приходилось выбирать между экспозицией для светлых участков или экспозицией для теней.

Независимо от того, что вы выберете, детали изображения будут потеряны.

Эта распространенная проблема связана с динамическим диапазоном вашей камеры. Важно думать о фотографии с динамическим диапазоном как о скобке. Эта скобка попадает в тональный спектр от белого до черного. Динамический диапазон камеры — это, по сути, диапазон тонального спектра, в котором камера сохраняет детали и информацию. Все, что выходит за пределы этого диапазона, становится абсолютно черным или обрезается до чистого белого.

Шкала камеры с динамическим диапазоном

Камеры с более низким диапазоном часто позволяют теням превращаться в чистый черный цвет и/или светлые участки становятся размытыми и полностью теряются. Более высокий диапазон намного лучше сохраняет детали и информацию как в светах, так и в тенях.

Почему это важно? Более высокий диапазон означает больше деталей. А больше деталей приводит к более профессиональным и ярким изображениям. В видео ниже вы увидите три примера камер с разными диапазонами. Обратите внимание на то, как каждый диапазон напрямую влияет на детализацию снимков.

Объяснение фотосъемки с полным динамическим диапазоном

В конечном счете, преимущество большего диапазона заключается в том, что датчик камеры сохраняет больше информации о светлых участках и тенях изображения. Это также означает, что у вас больше контроля над изображением при его редактировании в постобработке. Это также означает, что вы можете меньше полагаться на искусственный свет, чтобы правильно экспонировать все области вашего изображения.

Когда дело доходит до кинематографии, более высокий диапазон может быть определяющим фактором между кинематографическими кадрами и кадрами, подобными видео. Наличие большего динамического диапазона, как правило, приводит к получению более качественных изображений. Чтобы лучше понять эту концепцию, важно понимать все тонкости экспозиции камеры. Подробную информацию можно найти в нашей электронной книге The Ultimate Guide to Exposure.

Бонус для бесплатной загрузки

БЕСПЛАТНАЯ загрузка 

Полное руководство по экспозиции

Треугольник экспозиции — это то, чем должен овладеть каждый фотограф и кинематографист. Загрузите нашу БЕСПЛАТНУЮ электронную книгу, чтобы получить подробные объяснения и учебные пособия по таким темам, как диафрагма, ISO, выдержка и как сбалансировать эти настройки, чтобы каждый раз получать идеальную экспозицию.

Фотография с расширенным динамическим диапазоном

Как увеличить динамический диапазон

Теперь, когда вы понимаете все преимущества расширенного динамического диапазона, вы можете использовать его самостоятельно. Как именно? Что ж, первый и самый очевидный способ — использовать камеру с максимальной дальностью.

Динамический диапазон фотографии измеряется в стопах. Проведя исследование лучших цифровых зеркальных камер или лучших беззеркальных камер на рынке, вы узнаете, какие камеры имеют лучший динамический диапазон.

Когда дело доходит до кинематографии, дальность действия кинокамеры всегда будет выше, чем у цифровой зеркальной камеры.

Что такое динамический диапазон в фотографии?

Однако кинокамеры имеют высокую цену. Итак, как вы максимизируете динамический диапазон ваших изображений, если вы работаете с ограниченным диапазоном средней цифровой зеркальной или беззеркальной камеры?

Оба имеют встроенные в камеру инструменты, называемые гистограммой, и предупреждение о пересветах, которые помогут вам получить максимальное количество деталей на ваших снимках. Гистограмма проинформирует вас о распределении света в вашем изображении. Если вы не можете расширить свой диапазон, лучшее, что вы можете сделать, это убедиться, что вы используете свою камеру в меру своих возможностей.

Что такое динамический диапазон и его визуальное влияние? Посмотрите видео ниже, чтобы узнать больше о гистограмме и предупреждении о светлых участках, а также о том, как они могут помочь увеличить диапазон изображения.

Советы по использованию камеры с максимальным динамическим диапазоном

Если вы снимаете фотографии, важно помнить, что съемка в формате RAW позволит вам сохранить гораздо больше информации при редактировании изображений в пост. Так что даже если ваше изображение было снято без использования гистограммы, вы сможете исправить свои ошибки при редактировании.

Однако в кинематографе  у вас нет такой роскоши, как съемка видео в форматах файлов RAW. Это означает, что любые размытые блики или размытые тени теряются навсегда.

Динамический диапазон: Динамический диапазон в цифровой фотографии