อ่าน 12 นาที
ช่วงไดนามิก
ช่วงไดนามิก (ย่อว่า DR , DNR , [ 1 ] หรือ DYR [ 2 ] ) คือ อัตราส่วน ระหว่างค่าที่วัดได้สูงสุดและต่ำสุดของปริมาณเฉพาะ มักใช้ในบริบทของ สัญญาณ เช่น เสียง และ แสง...
ช่วงไดนามิก
ช่วงไดนามิก (ย่อว่าDR , DNR , [ 1 ]หรือDYR [ 2 ] ) คืออัตราส่วนระหว่างค่าที่วัดได้สูงสุดและต่ำสุดของปริมาณเฉพาะ มักใช้ในบริบทของสัญญาณเช่นเสียงและแสงโดยวัดเป็นอัตราส่วนหรือเป็น ค่าลอการิทึม ฐาน 10 ( เดซิเบล ) หรือฐาน 2 (การคูณสองบิตหรือสต็อป ) ของอัตราส่วน ระหว่างค่าสัญญาณที่มากที่สุดและน้อยที่สุด[ 3 ]
เสียงและภาพที่บันทึกด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์มักถูกประมวลผลเพื่อให้ช่วงไดนามิกของเสียงที่กว้างกว่าในต้นฉบับ ถูกบีบอัดให้แคบลงเพื่อให้ง่ายต่อการจัดเก็บและการเล่นซ้ำ กระบวนการนี้เรียกว่าการบีบอัดช่วงไดนามิก (Dynamic Range Compression )
การรับรู้ของมนุษย์
| ปัจจัย (กำลัง) | เดซิเบล( 10×log 10ยกกำลัง ) | หยุด( กำลังlog 2 ) |
|---|---|---|
| 1 | 0 | 0 |
| 2 | 3.01 | 1 |
| 3.16 | 5 | 1.66 |
| 4 | 6.02 | 2 |
| 5 | 6.99 | 2.32 |
| 8 | 9.03 | 3 |
| 10 | 10 | 3.32 |
| 16 | 12.0 | 4 |
| 20 | 13.0 | 4.32 |
| 31.6 | 15 | 4.98 |
| 32 | 15.1 | 5 |
| 50 | 17.0 | 5.64 |
| 100 | 20 | 6.64 |
| 1,000 | 30 | 9.97 |
| 1,024 | 30.1 | 10 |
| 10,000 | 40 | 13.3 |
| 100,000 | 50 | 16.6 |
| 1,000,000 | 60 | 19.9 |
| 1,048,576 | 60.2 | 20 |
| 100,000,000 | 80 | 26.6 |
| 1,073,741,824 | 90.3 | 30 |
| 10,000,000,000 | 100 | 33.2 |
ประสาทสัมผัสทางการ มองเห็นและการได้ยินของมนุษย์มีช่วงไดนามิกที่ค่อนข้างสูง อย่างไรก็ตาม มนุษย์ไม่สามารถรับรู้สิ่งต่างๆ ได้พร้อมกันในทั้งสองด้านของช่วงไดนามิกนั้น ดวงตาของมนุษย์ต้องใช้เวลาในการปรับตัวให้เข้ากับระดับแสงที่แตกต่างกัน และช่วงไดนามิกของภาพในฉากหนึ่งๆ นั้นค่อนข้างจำกัดเนื่องจากแสง สะท้อน เช่นเดียวกับช่วงไดนามิกแบบทันทีทันใดของการรับรู้เสียงของมนุษย์ก็ถูกบดบัง เช่นกัน ตัวอย่างเช่น เสียงกระซิบจะไม่ได้ยินในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดัง
มนุษย์สามารถได้ยิน (และแยกแยะได้อย่างมีประโยชน์) ทุกสิ่งตั้งแต่เสียงกระซิบเบาๆ ใน ห้อง เก็บเสียงไปจนถึงคอนเสิร์ตเพลงเฮฟวี่เมทัลที่ดังที่สุด ความแตกต่างดังกล่าวอาจเกิน 100 dBซึ่งแสดงถึงปัจจัย 100,000 ในแอมพลิจูดและปัจจัย 10,000,000,000 ในกำลัง[ 4 ] [ 5 ] ช่วงไดนามิกของการได้ยินของมนุษย์อยู่ที่ประมาณ 140 dB [ 6 ] [ 7 ]ซึ่งแปรผันตามความถี่[ 8 ]จากเกณฑ์การได้ยิน (ประมาณ −9 dB SPL [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]ที่ 3 kHz) ไปจนถึงเกณฑ์ความเจ็บปวด (จาก 120 ถึง 140 dB SPL [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] ) อย่างไรก็ตาม ช่วงไดนามิกที่กว้างนี้ไม่สามารถรับรู้ได้ทั้งหมดในคราวเดียว กล้ามเนื้อ tensor tympani , กล้ามเนื้อ stapediusและเซลล์ขนชั้นนอกทั้งหมดทำหน้าที่เป็นตัวบีบอัดช่วงไดนามิก เชิงกล เพื่อปรับความไวของหูให้เข้ากับระดับเสียงแวดล้อมที่แตกต่างกัน[ 14 ]
มนุษย์สามารถมองเห็นวัตถุในแสงดาว[ a ]หรือในแสงแดด จ้า ได้ แม้ว่าในคืนที่ไม่มีดวงจันทร์ วัตถุจะได้รับแสงสว่างเพียงหนึ่งในพันล้าน (10 −9 ) ของแสงสว่างที่ได้รับในวันที่แดดจ้า ซึ่งเป็นช่วงไดนามิก 90 dB การเปลี่ยนแปลงความไวเกิดขึ้นบางส่วนจากการปรับม่านตาและการเปลี่ยนแปลงทางเคมีอย่างช้าๆ ซึ่งต้องใช้เวลา
ในทางปฏิบัติ เป็นเรื่องยากที่มนุษย์จะได้รับประสบการณ์ไดนามิกอย่างเต็มที่โดยใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ตัวอย่างเช่นจอแสดงผลคริสตัลเหลว (LCD) คุณภาพดีมีช่วงไดนามิกจำกัดอยู่ที่ประมาณ 1000:1 [ b ]และ เซ็นเซอร์ภาพ CMOS รุ่นล่าสุดบางรุ่น ณ เดือนพฤษภาคม 2010 มีช่วงไดนามิกที่วัดได้ประมาณ 23,000:1 [ 15 ] [ c ] การสะท้อนแสงของกระดาษสามารถสร้างช่วงไดนามิกได้ประมาณ 100:1 [ 16 ]กล้องวิดีโอระดับมืออาชีพเช่น Sony Digital Betacam มีช่วงไดนามิกมากกว่า 90 dB ในการบันทึกเสียง[ 17 ]
เสียง
วิศวกรเสียงใช้ช่วงไดนามิกเพื่ออธิบายอัตราส่วนของแอมพลิจูดของสัญญาณ ที่ดังที่สุดที่เป็นไปได้ โดยไม่บิดเบือนต่อระดับเสียงรบกวนเช่นของไมโครโฟนหรือลำโพง[ 18 ]ดังนั้นช่วงไดนามิกจึงเป็นอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน (SNR) สำหรับกรณีที่สัญญาณดังที่สุดที่เป็นไปได้สำหรับระบบ ตัวอย่างเช่น หากค่าสูงสุดของอุปกรณ์คือ 5 V (rms) และระดับเสียงรบกวนคือ 10 μV (rms) ช่วงไดนามิกจะเป็น 500000:1 หรือ 114 dB:
ในทฤษฎีเสียงดิจิทัล ช่วงไดนามิกจะถูกจำกัดด้วยข้อผิดพลาดในการควอนไทเซชันช่วงไดนามิกสูงสุดที่สามารถทำได้สำหรับระบบเสียงดิจิทัลที่มี การควอนไทเซชันแบบสม่ำเสมอ Qบิต คำนวณได้จากอัตราส่วนของค่า rms ของคลื่นไซน์ที่ใหญ่ที่สุดต่อสัญญาณรบกวน rms ดังนี้: [ 19 ]
อย่างไรก็ตาม ช่วงไดนามิกที่ใช้งานได้อาจกว้างกว่านี้ เนื่องจาก อุปกรณ์บันทึกเสียงที่ใช้ เทคนิค dithering อย่างเหมาะสม สามารถบันทึกสัญญาณได้ต่ำกว่าระดับสัญญาณรบกวนมาก
แผ่นซีดี 16 บิตมีช่วงไดนามิกแบบไม่ลดสัญญาณรบกวนตามทฤษฎีประมาณ 96 dB; [ 20 ] [ d ]อย่างไรก็ตาม ช่วงไดนามิก ที่รับรู้ได้ของเสียง 16 บิตสามารถเป็น 120 dB หรือมากกว่านั้นด้วยการลดสัญญาณรบกวนแบบมีรูปร่าง โดยใช้ประโยชน์จากการตอบสนองความถี่ของหูมนุษย์[ 21 ] [ 22 ]
เสียงดิจิทัลที่มีการควอนไทเซชัน 20 บิตแบบไม่ลดสัญญาณรบกวนนั้น ในทางทฤษฎีแล้วสามารถรองรับช่วงไดนามิกได้ถึง 120 dB ในขณะที่เสียงดิจิทัล 24 บิตสามารถรองรับช่วงไดนามิกได้ถึง 144 dB [ 6 ]เวิร์กสเตชันเสียงดิจิทัลส่วนใหญ่ ประมวลผลเสียงด้วยการแสดงผล แบบจุดลอยตัว 32 บิตซึ่งให้ช่วงไดนามิกที่สูงขึ้นไปอีก ดังนั้นการสูญเสียช่วงไดนามิกจึงไม่ใช่ปัญหาอีกต่อไปในแง่ของการประมวลผลเสียงดิจิทัล ข้อจำกัดของช่วงไดนามิกมักเกิดจากการตั้งค่าเกน ที่ไม่เหมาะสม เทคนิคการบันทึกที่รวมถึงเสียงรบกวนรอบข้างและการใช้การบีบอัดช่วงไดนามิกโดย เจตนา
ช่วงไดนามิกในเสียงอนาล็อกคือความแตกต่างระหว่างสัญญาณรบกวนความร้อนระดับต่ำในวงจรอิเล็กทรอนิกส์และการอิ่มตัวของสัญญาณระดับสูงซึ่งส่งผลให้เกิดการบิดเบือนที่เพิ่มขึ้น และหากผลักดันให้สูงขึ้นก็จะเกิดการตัดสัญญาณ[ 23 ]กระบวนการเสียงรบกวนหลายอย่างกำหนดระดับเสียงรบกวนของระบบ เสียงรบกวนสามารถเกิดขึ้นได้จากเสียงรบกวนของไมโครโฟนเอง เสียงรบกวนของปรีแอมป์ เสียงรบกวนจากการเดินสายและการเชื่อมต่อ เสียงรบกวนของสื่อ ฯลฯ
แผ่นเสียง 78 รอบต่อนาทีในยุคแรกมีช่วงไดนามิกสูงสุดถึง 40 dB [ 24 ]ซึ่งในไม่ช้าก็ลดลงเหลือ 30 dB และแย่ลงไปอีกเนื่องจากการสึกหรอจากการเล่นซ้ำ แผ่นเสียงไมโครกรูฟไวนิลโดยทั่วไปให้ช่วงไดนามิก 55-65 dB แม้ว่าการเล่นครั้งแรกของวงแหวนด้านนอกที่มีความเที่ยงตรงสูงกว่าจะสามารถบรรลุช่วงไดนามิกได้ถึง 70 dB [ 25 ]
มีรายงานว่าเทปแม่เหล็กของเยอรมันในปี พ.ศ. 2484 มีช่วงไดนามิก 60 dB [ 26 ]แม้ว่าผู้เชี่ยวชาญด้านการบูรณะเทปในปัจจุบันจะระบุช่วงไดนามิกที่สังเกตได้อยู่ที่ 45-50 dB [ 27 ] เครื่องบันทึกเทป Ampexในช่วงทศวรรษ พ.ศ. 2493 สามารถทำได้ถึง 60 dB ในการใช้งานจริง[ 26 ]ในช่วงทศวรรษ พ.ศ. 2403 การปรับปรุงกระบวนการผลิตเทปส่งผลให้ช่วงไดนามิกเพิ่มขึ้น 7 dB [ 28 ] : 158 และ Ray Dolby ได้พัฒนาระบบลดเสียงรบกวน Dolby A-Typeซึ่งเพิ่มช่วงไดนามิกความถี่ต่ำและกลางบนเทปแม่เหล็กขึ้น 10 dB และความถี่สูงขึ้น 15 dB โดยใช้การบีบอัดและขยาย (companding ) ของแถบความถี่สี่แถบ[ 28 ] : 169 จุดสูงสุดของเทคโนโลยีเทปบันทึกแม่เหล็กอนาล็อกระดับมืออาชีพมีช่วงไดนามิกถึง 90 dB ในความถี่กลางที่ความผิดเพี้ยน 3% หรือประมาณ 80 dB ในการใช้งานบรอดแบนด์จริง[ 28 ] : 158 ระบบลดเสียงรบกวน Dolby SRให้ช่วงที่เพิ่มขึ้นอีก 20 dB ส่งผลให้มีช่วงไดนามิก 110 dB ในความถี่กลางที่ความผิดเพี้ยน 3% [ 28 ] : 172
ประสิทธิภาพของเทป คาสเซ็ตขนาดกะทัดรัดมีช่วงไดนามิกตั้งแต่ 50 ถึง 56 เดซิเบล ขึ้นอยู่กับสูตรการผลิตเทป โดยเทปประเภท IVให้ช่วงไดนามิกที่กว้างที่สุด และระบบต่างๆ เช่นXDR , dbxและระบบลดเสียงรบกวน Dolbyจะช่วยเพิ่มช่วงไดนามิกให้สูงขึ้นไปอีก การปรับปรุงค่าไบแอสและหัวบันทึกแบบพิเศษโดย Nakamichi และ Tandberg ร่วมกับระบบลดเสียงรบกวน Dolby C ทำให้เทปคาสเซ็ตมีช่วงไดนามิกสูงถึง 72 เดซิเบล
ไมโครโฟนแบบไดนามิกสามารถทนต่อความเข้มเสียงสูงและมีช่วงไดนามิกได้สูงสุดถึง 140 dB ไมโครโฟนแบบคอนเดนเซอร์ก็มีความทนทานเช่นกัน แต่ช่วงไดนามิกอาจถูกจำกัดโดยการโอเวอร์โหลดของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้อง[ 29 ]การพิจารณาในทางปฏิบัติเกี่ยวกับระดับความผิดเพี้ยนที่ยอมรับได้ในไมโครโฟน รวมกับการปฏิบัติทั่วไปในสตูดิโอบันทึกเสียง ส่งผลให้ช่วงไดนามิกที่มีประโยชน์อยู่ที่ 125 dB [ 28 ] : 75
ในปี พ.ศ. 2524 นักวิจัยที่ Ampex พบว่าช่วงไดนามิก 118 dB บนสตรีมเสียงดิจิทัลแบบ dithered เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเล่นเพลงที่ปราศจากเสียงรบกวนในสภาพแวดล้อมการฟังที่เงียบสงบ[ 30 ]
ตั้งแต่ช่วงต้นทศวรรษ 1990 หน่วยงานหลายแห่ง รวมถึง Audio Engineering Societyได้แนะนำให้ทำการวัดช่วงไดนามิกโดยมีสัญญาณเสียงอยู่ด้วย จากนั้นจึงกรองสัญญาณเสียงนั้นออกในการวัดระดับเสียงรบกวนที่ใช้ในการกำหนดช่วงไดนามิก[ 31 ]วิธีนี้ช่วยหลีกเลี่ยงการวัดที่น่าสงสัยซึ่งเกิดจากการใช้สื่อเปล่าหรือวงจรปิดเสียง
คำว่าช่วงไดนามิกอาจทำให้เกิดความสับสนในการผลิตเสียง เนื่องจากมีคำจำกัดความที่ขัดแย้งกันสองประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการทำความเข้าใจปรากฏการณ์สงครามความดัง[ 32 ] [ 33 ]ช่วงไดนามิกอาจหมายถึงไมโครไดนามิก[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]ที่เกี่ยวข้องกับปัจจัยยอด [ 37 ] [ 38 ] ในขณะที่สหภาพการกระจายเสียงแห่งยุโรปใน EBU3342 ช่วงความดัง กำหนดช่วงไดนามิก เป็นความแตกต่าง ระหว่างระดับเสียงที่เงียบที่สุดและดังที่สุด ซึ่งเป็นเรื่องของมาโครไดนามิก[ 32 ] [ 33 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]
อิเล็กทรอนิกส์
ในด้านอิเล็กทรอนิกส์ช่วงไดนามิก (Dynamic Range) ใช้ในบริบทต่อไปนี้:
- ระบุอัตราส่วนของระดับสูงสุดของพารามิเตอร์เช่นกำลังกระแสแรงดันไฟฟ้า [ 43 ] หรือความถี่ต่อค่าต่ำสุดที่ตรวจจับได้ของพารามิเตอร์นั้น (ดูการวัดระบบเสียง )
- ในระบบส่งสัญญาณอัตราส่วนของระดับโอเวอร์โหลด ( กำลัง สัญญาณ สูงสุด ที่ระบบสามารถทนได้โดยไม่ ทำให้ สัญญาณผิดเพี้ยน ) ต่อ ระดับสัญญาณรบกวนของระบบ
- ใน ระบบหรืออุปกรณ์ ดิจิทัลอัตราส่วนของระดับสัญญาณสูงสุดและต่ำสุดที่จำเป็นในการรักษาระดับอัตราความผิดพลาดของบิต ที่กำหนด ไว้
- การเพิ่มประสิทธิภาพความกว้างบิตของเส้นทางข้อมูลดิจิทัล (ตามช่วงไดนามิกของสัญญาณ) สามารถลดพื้นที่ ต้นทุน และการใช้พลังงานของวงจรและระบบดิจิทัล ในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงาน ความกว้างบิตที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเส้นทางข้อมูลดิจิทัลคือความกว้างบิตที่เล็กที่สุดที่สามารถตอบสนองอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่ต้องการและหลีกเลี่ยงการโอเวอร์โฟลว์ได้[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]
ในการใช้งานด้านเสียงและอิเล็กทรอนิกส์ อัตราส่วนที่เกี่ยวข้องมักมีขนาดใหญ่พอที่จะแปลงเป็นลอการิทึมและระบุเป็นเดซิเบล[ 43 ]
มาตรวิทยา
ในงานมาตรวิทยาเช่น เมื่อดำเนินการเพื่อสนับสนุนวัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์ วิศวกรรม หรือการผลิต ช่วงไดนามิก (dynamic range) หมายถึงช่วงของค่าที่สามารถวัดได้โดยเซ็นเซอร์หรือเครื่องมือมาตรวิทยา บ่อยครั้งที่ช่วงไดนามิกของการวัดนี้ถูกจำกัดที่ปลายด้านหนึ่งของช่วงโดยการอิ่มตัวของสัญญาณเซ็นเซอร์หรือโดยข้อจำกัดทางกายภาพที่มีอยู่ในการเคลื่อนที่หรือความสามารถในการตอบสนองอื่น ๆ ของตัวบ่งชี้เชิงกล ปลายอีกด้านหนึ่งของช่วงไดนามิกของการวัดมักถูกจำกัดโดยแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน แบบสุ่ม หรือความไม่แน่นอนในระดับสัญญาณอย่างน้อยหนึ่งแหล่ง ซึ่งอาจอธิบายได้ว่าเป็นการกำหนดความไวของเซ็นเซอร์หรืออุปกรณ์มาตรวิทยา เมื่อเซ็นเซอร์ดิจิทัลหรือตัวแปลงสัญญาณเซ็นเซอร์เป็นส่วนประกอบของเซ็นเซอร์หรืออุปกรณ์มาตรวิทยา ช่วงไดนามิกของการวัดจะเกี่ยวข้องกับจำนวนหลักไบนารี (บิต) ที่ใช้ในการแสดงตัวเลขดิจิทัล ซึ่งค่าที่วัดได้มีความสัมพันธ์เชิงเส้นกับตัวเลขดิจิทัล[ 43 ]ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์หรือตัวแปลงดิจิทัล 12 บิตสามารถให้ช่วงไดนามิกที่อัตราส่วนของค่าที่วัดได้สูงสุดต่อค่าที่วัดได้ต่ำสุดมีค่าสูงถึง 2 12 = 4096
ระบบและอุปกรณ์การวัดอาจใช้หลายวิธีพื้นฐานเพื่อเพิ่มช่วงไดนามิกพื้นฐาน วิธีเหล่านี้รวมถึงการหาค่าเฉลี่ยและการกรองรูปแบบอื่น การแก้ไขลักษณะของตัวรับ[ 43 ]การวัดซ้ำ การแปลงแบบไม่เชิงเส้นเพื่อหลีกเลี่ยงการอิ่มตัว เป็นต้น ในการวัดขั้นสูง เช่นโฮโลแกรมดิจิทัล หลายความยาวคลื่น การวัดแบบ อินเตอร์เฟอโรเมตรีที่ทำในระดับต่างๆ (ความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน) สามารถนำมารวมกันเพื่อรักษาความละเอียดที่ระดับต่ำสุดไว้ ในขณะที่ขยายช่วงไดนามิกของการวัดที่ระดับสูงสุดได้หลายลำดับ
ดนตรี
ในดนตรีช่วงไดนามิกหมายถึงความแตกต่างระหว่างระดับเสียงที่เบาที่สุดและดังที่สุดของเครื่องดนตรี ส่วน ใดส่วนหนึ่งหรือชิ้นงานดนตรี[ 49 ]ในการบันทึกเสียงสมัยใหม่ ช่วงนี้มักถูกจำกัดด้วยการบีบอัดช่วงไดนามิกซึ่งช่วยให้ระดับเสียงดังขึ้นได้ แต่อาจทำให้การบันทึกเสียงฟังดูไม่น่าตื่นเต้นหรือเหมือนการแสดงสด[ 50 ]
ช่วงไดนามิกของดนตรีที่รับรู้ได้ตามปกติในห้องแสดงคอนเสิร์ตจะไม่เกิน 80 dB และเสียงพูดของมนุษย์จะรับรู้ได้ตามปกติในช่วงประมาณ 40 dB [ 28 ] : 4
การถ่ายภาพ
ช่างภาพใช้ช่วงไดนามิกเพื่ออธิบาย ช่วง ความสว่างของฉากที่กำลังถ่ายภาพ หรือขีดจำกัดของช่วงความสว่างที่กล้องดิจิทัลหรือฟิล์ม ที่กำหนด สามารถจับภาพได้[ 52 ]หรือ ช่วง ความทึบของภาพฟิล์มที่พัฒนาแล้ว หรือ ช่วง การสะท้อนแสงของภาพบนกระดาษถ่ายภาพ
ช่วงไดนามิกของการถ่ายภาพดิจิทัลเทียบได้กับความสามารถของฟิล์มถ่ายภาพ[ 53 ]และทั้งสองอย่างเทียบได้กับความสามารถของดวงตาของมนุษย์[ 54 ]
มีเทคนิคการถ่ายภาพบางอย่างที่รองรับช่วงไดนามิกเรนจ์ที่สูงกว่านั้นได้อีก
- ฟิลเตอร์ความหนาแน่นกลางแบบไล่ระดับใช้เพื่อลดช่วงไดนามิกของความสว่างของฉากที่สามารถบันทึกได้บนฟิล์มถ่ายภาพ (หรือบนเซ็นเซอร์ภาพของกล้องดิจิทัล ): ฟิลเตอร์จะถูกวางไว้ด้านหน้าเลนส์ในขณะที่ทำการถ่ายภาพ ครึ่งบนจะมืดและครึ่งล่างจะใส บริเวณที่มืดจะถูกวางไว้เหนือบริเวณที่มีความเข้มสูงของฉาก เช่น ท้องฟ้า ผลลัพธ์ที่ได้คือการเปิดรับแสงที่สม่ำเสมอมากขึ้นในระนาบโฟกัส พร้อมรายละเอียดที่เพิ่มขึ้นในเงาและบริเวณที่มีแสงน้อย แม้ว่าสิ่งนี้จะไม่เพิ่มช่วงไดนามิกคงที่ที่มีอยู่บนฟิล์มหรือเซ็นเซอร์ แต่ก็ช่วยขยายช่วงไดนามิกที่ใช้งานได้จริง[ 55 ]
- การถ่ายภาพช่วงไดนามิกสูงเอาชนะข้อจำกัดของช่วงไดนามิกของเซ็นเซอร์โดยการรวมการเปิดรับแสงหลายครั้งของฉากเดียวกันเข้าด้วยกันอย่างเลือกสรร เพื่อรักษารายละเอียดในบริเวณที่สว่างและมืดการปรับโทนสีจะปรับภาพแตกต่างกันในบริเวณเงาและไฮไลต์ เพื่อกระจายช่วงแสงให้ทั่วภาพได้ดียิ่งขึ้น วิธีการเดียวกันนี้ถูกนำมาใช้ในการถ่ายภาพทางเคมีเพื่อบันทึกช่วงไดนามิกที่กว้างมาก ตัวอย่างเช่น ฟิล์มสามชั้น โดยแต่ละชั้นล่างมีความไวแสงเพียงหนึ่งในร้อย (10 −2 ) ของชั้นถัดไปที่อยู่สูงกว่า ถูกนำมาใช้ในการบันทึกการทดสอบอาวุธนิวเคลียร์[ 56 ]
รูปแบบไฟล์ภาพระดับผู้บริโภคบางครั้งจำกัดช่วงไดนามิก[ 57 ]ข้อจำกัดช่วงไดนามิกที่รุนแรงที่สุดในการถ่ายภาพอาจไม่ได้เกี่ยวข้องกับการเข้ารหัส แต่เป็นการสร้างใหม่ เช่น การพิมพ์ลงบนกระดาษหรือหน้าจอคอมพิวเตอร์ ในกรณีนั้น ไม่เพียงแต่การแมปโทนเฉพาะที่เท่านั้น แต่การปรับช่วงไดนามิกก็สามารถมีประสิทธิภาพในการเปิดเผยรายละเอียดทั่วทั้งบริเวณที่สว่างและมืดได้เช่นกัน หลักการนี้เหมือนกับหลักการของการดอดจ์และเบิร์น (การใช้ความยาวของการเปิดรับแสงที่แตกต่างกันในบริเวณต่างๆ เมื่อทำการพิมพ์ภาพถ่าย) ในห้องมืดทางเคมี หลักการนี้ยังคล้ายกับการควบคุมระดับเสียงอัตโนมัติหรือการควบคุมระดับเสียงอัตโนมัติในงานด้านเสียง ซึ่งมีไว้เพื่อให้สัญญาณยังคงได้ยินในสภาพแวดล้อมการฟังที่มีเสียงรบกวน และเพื่อหลีกเลี่ยงระดับสูงสุดที่โอเวอร์โหลดอุปกรณ์การเล่น หรือที่ดังผิดธรรมชาติหรือไม่สบายหู
หากเซ็นเซอร์กล้องไม่สามารถบันทึกช่วงไดนามิกทั้งหมดของฉากได้ อาจใช้เทคนิค ช่วงไดนามิกสูง (HDR) ในขั้นตอนหลังการถ่ายทำ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเกี่ยวข้องกับการรวมภาพที่มีการเปิดรับแสงหลายระดับเข้าด้วยกันโดยใช้ซอฟต์แวร์
| อุปกรณ์ | จุดหยุด | อัตราส่วนความคมชัด | ความหนาแน่นเชิงแสง |
|---|---|---|---|
| กระดาษภาพถ่ายเคลือบเงา | 7 (7– 7+2 ⁄ 3 ) [ 58 ] | 128:1 | 2.1 |
| จอ LCD | 9.5 (9–11) [ 59 ] | 720:1 (510:1 – 2000:1) | 2.9 (2.7 – 3.3) |
| กล้องโทรศัพท์มือถือทั่วไป | ~10 [ 60 ] | แตกต่างกันไป[ e ] | |
| ฟิล์มเนกาทีฟ ( Kodak VISION3 ) | 13 [ 62 ] | 8200:1 | 3.9 |
| ดวงตาของมนุษย์ | 10–14 [ 54 ] | 1000:1 – 16000:1 | 3 – 4.2 |
| OLEDหรือควอนตัมดอท | 13.2 – 20.9 [ 63 ] | 9400:1 – 1960000:1 | 4 – 6.3 |
| กล้อง DSLR ระดับไฮเอนด์ ( Nikon D850 ) | 14.8 [ 64 ] | 28500:1 | 4.5 |
| กล้องถ่ายภาพยนตร์ดิจิทัล ( Red Weapon 8k ) | > 16.5 [ 65 ] | >92700:1 | >5 |
ดูเพิ่มเติม
หมายเหตุ
- ^ความสามารถในการแยกแยะสีจะลดลงในสภาพแสงน้อย
- ^ในเชิงพาณิชย์ ช่วงไดนามิกมักเรียกว่าอัตราส่วนคอนทราสต์ ซึ่งหมายถึง อัตราส่วนความสว่างจาก ระดับ เปิดเต็มที่ต่อระดับปิดเต็มที่
- ^รายงานว่าเป็น 14.5สต็อปหรือการเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ซึ่งเทียบเท่ากับตัวเลขไบนารี
- ^ค่า 96 dB นี้ใช้สำหรับ คลื่น สามเหลี่ยมหรือคลื่นไซน์ช่วงไดนามิกคือ 98 dB สำหรับคลื่นไซน์[ 19 ] (ดูแบบจำลองสัญญาณรบกวนควอนไทเซชัน )
- ^ตั้งแต่ช่วงกลางทศวรรษ 2010 เป็นต้นมา รวมถึง Google Nexus 6สมาร์ทโฟนได้นำการถ่ายภาพเชิงคำนวณมาใช้เพื่อรวมการเปิดรับแสงหลายครั้งเพื่อเพิ่มช่วงไดนามิกในภาพที่ประมวลผลเมื่อเทียบกับภาพเดียวที่ถ่ายจากเซ็นเซอร์โดยตรง ตัวอย่างเช่น วิดีโอที่ถ่ายด้วย iPhone 15 Pro (2023) ได้รับการทดสอบแล้วว่ามีช่วงไดนามิกประมาณ 12 สต็อป [ 61 ]
รายการภายนอก
- ช่วงไดนามิกของเสียง (การทดสอบออนไลน์)
- Steven E. Schoenherr (2002). "Dynamic Range" . ประวัติศาสตร์เทคโนโลยีการบันทึกเสียง . เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 2006-09-05.
- Vaughan Wesson (ตุลาคม 2004). "TN200410A - Dynamic Range" . เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 21 ธันวาคม 2004
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ช่วงไดนามิก
ช่วงไดนามิก (ย่อว่า DR , DNR , [ 1 ] หรือ DYR [ 2 ] ) คือ อัตราส่วน ระหว่างค่าที่วัดได้สูงสุดและต่ำสุดของปริมาณเฉพาะ มักใช้ในบริบทของ สัญญาณ เช่น เสียง และ แสง...
การรับรู้ของมนุษย์
ประสาทสัมผัสทางการ มองเห็น และ การได้ยิน ของมนุษย์มีช่วงไดนามิกที่ค่อนข้างสูง อย่างไรก็ตาม มนุษย์ไม่สามารถรับรู้สิ่งต่างๆ ได้พร้อมกันในทั้งสองด้านของช่วงไดนามิกนั้น ดวงตาของมนุษย์ต้องใช้เวลาในการปรับตัวให้เข้ากับระดับแสงที่แตกต่างกัน...
เสียง
วิศวกรเสียง ใช้ ช่วงไดนามิก เพื่ออธิบายอัตราส่วนของแอมพลิจูดของสัญญาณ ที่ดังที่สุดที่เป็นไปได้ โดยไม่บิดเบือนต่อ ระดับเสียงรบกวน เช่นของ ไมโครโฟน หรือ ลำโพง [ 18 ] ดังนั้นช่วงไดนามิกจึงเป็น อัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน (SNR)...
อิเล็กทรอนิกส์
ในด้าน อิเล็กทรอนิกส์ ช่วงไดนามิก (Dynamic Range) ใช้ในบริบทต่อไปนี้: