Измерение звукового шума - Audio noise measurement

Измерение звукового шума проводится для оценки качества аудио оборудование, например, используется в студии звукозаписи, радиовещание, и дома высокая точность.

В целом, шум относится к нежелательным звук, но в аудиосистемах наибольший интерес представляет низкоуровневое шипение или гудение, вторгающееся в тихие проходы. Все записи будут содержать некоторый фоновый шум, который улавливается микрофонами, например грохот кондиционера или перетасовку аудитории, но в дополнение к этому каждая часть оборудования, через которую впоследствии проходит записанный сигнал, будет добавлять определенную количество электронного шума, которое в идеале должно быть настолько низким, чтобы вносить незначительный вклад в то, что слышно.

Истоки шума - необходимость взвешивания

Микрофоны, усилители и записывающие системы все добавляют электронный шум на проходящие через них сигналы, обычно описываемые как гул, гудение или шипение. Внутри и вокруг всех зданий действуют магнитные и электростатические поля низкого уровня, исходящие от электросеть проводки, и они могут вызывать гудение в трактах сигнала, обычно 50 Гц или 60 Гц (в зависимости от стандарта электроснабжения страны) и более низкие гармоники. Экранированные кабели помогают предотвратить это, и на профессиональном оборудовании, где обычно используются более длинные межсоединения, симметричные сигнальные соединения (чаще всего с XLR или же телефонные разъемы ) обычно используются. Шипение является результатом случайных сигналов, часто возникающих из-за беспорядочного движения электронов в транзисторах и других электронных компонентах или случайного распределения частиц оксида на аналоговой магнитной ленте. Преимущественно он слышен на высоких частотах, звучащих как пар или сжатый воздух.

Попытки измерить шум в звуковом оборудовании как среднеквадратичное напряжение с помощью простого измерителя уровня или вольтметра не дают полезных результатов; Требуется специальный шумомер. Это связано с тем, что шум содержит энергию, распределенную по широкому диапазону частот и уровней, а различные источники шума имеют разный спектральный состав. Чтобы измерения позволяли справедливо сравнивать различные системы, они должны выполняться с использованием измерительного прибора, который реагирует таким образом, чтобы соответствовать тому, как мы слышим звуки. Из этого следуют три требования. Во-первых, важно, чтобы частоты выше или ниже тех, которые слышны даже лучшими ушами, отфильтровывались и игнорировались ограничением полосы пропускания (обычно от 22 Гц до 22 кГц). Во-вторых, измерительный прибор должен уделять различное внимание различным частотным компонентам шума так же, как и наши уши, и этот процесс называется «взвешиванием». В-третьих, выпрямителю или детектору, который используется для преобразования переменного переменного шумового сигнала в устойчивое положительное представление уровня, необходимо время, чтобы полностью отреагировать на короткие пики в той же степени, что и наши уши; у него должна быть правильная «динамика».

Поэтому правильное измерение шума требует использования определенного метода с определенной шириной полосы измерения и кривой взвешивания, а также динамикой выпрямителя. В действующих стандартах определены два основных метода: А-взвешивание и МСЭ-R 468(ранее известный как Взвешивание CCIR).

А-взвешивание

А-взвешивание использует кривую взвешивания на основе "контуры равной громкости ', Которые описывают нашу чувствительность слуха к чистым тонам, но оказывается, что предположение, что такие контуры действительны для компонентов шума, было неверным.^{[нужна цитата ]} В то время как пиковая кривая A-взвешивания составляет примерно 2 дБ около 2 кГц, оказывается, что наша чувствительность к шуму достигает пиков примерно на 12 дБ при 6 кГц.^{[нужна цитата ]} Еще одна слабость A-взвешивания заключается в том, что его обычно комбинируют со среднеквадратичным выпрямителем, который измеряет среднюю мощность, без каких-либо попыток учесть правильную динамику слуха.^{[сомнительный – обсуждать]}

ITU-R 468 взвешивание

Когда в конце 1960-х годов измерения начали использовать в обзорах потребительского оборудования, стало очевидно, что они не всегда коррелируют с тем, что слышно. В частности, было обнаружено, что введение шумоподавления Dolby B на кассетных магнитофонах сделало их звук на целые 10 дБ менее шумным, но они не показали на 10 дБ лучше. Затем были разработаны различные новые методы, в том числе метод, в котором использовались более жесткий взвешивающий фильтр и квазипиковый выпрямитель, определенный как часть немецкого стандарта DIN45 500 «Hi Fi». В этом стандарте, который больше не используется, предпринята попытка установить минимальные требования к характеристикам во всех областях для воспроизведения «High Fidelity».

Вступление к FM радио, который также генерирует преимущественно высокочастотное шипение, также выявил неудовлетворительный характер A-взвешивания и Исследовательский отдел BBC предпринял исследовательский проект, чтобы определить, какая из нескольких характеристик весового фильтра и выпрямителя дала результаты, которые наиболее соответствовали мнению группы слушателей, с использованием большого количества различных типов шума. Отчет исследовательского отдела BBC EL-17 лег в основу того, что стало известно как рекомендация CCIR 468, в которой указаны как новая кривая взвешивания, так и квазипиковый выпрямитель. Это стало стандартом выбора для вещателей во всем мире, и он также был принят Долби, для измерений в его системах шумоподавления, которые быстро становились стандартом в звуке кино, а также в студиях звукозаписи и дома.

Хотя они представляют то, что мы действительно слышим, ITU-R 468 взвешивание шума дает цифры, которые обычно на 11 дБ хуже, чем по шкале А, что вызвало сопротивление со стороны отделов маркетинга.^{[нейтралитет является оспаривается]}^{[сомнительный – обсуждать]} неохотно предлагали худшие характеристики своего оборудования, чем привыкли. Dolby попыталась обойти это, представив свою собственную версию под названием CCIR-Dolby, которая включала сдвиг на 6 дБ в результат (и более дешевый выпрямитель среднего показания), но это только запутало ситуацию и было очень неодобрено CCIR.^{[нужна цитата ]}

С прекращением существования CCIR стандарт 468 теперь поддерживается как МСЭ-R 468, Международным союзом электросвязи и является частью многих национальных и международных стандартов, в частности, МЭК (Международная электротехническая комиссия) и BSI (Британский институт стандартов). Это единственный способ измерения шума, позволяющий проводить справедливые сравнения; и все же ошибочная A-взвешенная недавно вернулась в потребительскую область по той простой причине, что она дает более низкие цифры, которые отделы маркетинга считают более впечатляющими.^{[нейтралитет является оспаривается]}^{[сомнительный – обсуждать]}

Соотношение сигнал / шум и динамический диапазон

Спецификации аудиооборудования, как правило, включают термины «соотношение сигнал шум ' и 'динамический диапазон ’, Оба из которых имеют несколько определений, иногда трактуемых как синонимы. Точное значение должно быть указано вместе с размером.

Аналоговый

Раньше динамический диапазон означал^{[уточнить ]} разница между максимальным уровнем и уровнем шума, при этом максимальный уровень определяется как сигнал ограничения с заданным THD + N. Термин искажен тенденцией^{[нужна цитата ]} для обозначения динамического диапазона проигрывателей компакт-дисков уровень шума на пустой записи без дизеринга (другими словами, просто содержание аналогового шума на выходе). Это не особенно полезно; тем более, что многие проигрыватели компакт-дисков включают автоматическое отключение звука при отсутствии сигнала.

С начала 1990-х годов различные писатели, такие как Джулиан Данн, предлагали измерять динамический диапазон при наличии тестового сигнала низкого уровня. Таким образом, любые паразитные сигналы, вызванные тестовым сигналом или искажением, не ухудшают отношения сигнал / шум.^[1] Это также решает проблемы, связанные с отключением цепей.

Цифровой

В 1999 году д-р Стивен Харрис и Клиф Санчес Cirrus Logic опубликовали официальный документ под названием «Измерения качества звука на персональном компьютере», в котором говорилось:

Динамический диапазон - это отношение уровня сигнала полной шкалы к минимальному среднеквадратичному уровню шума.^{[когда определяется как? ]}, при наличии сигнала, выраженного в дБ полной шкалы. Эта спецификация дается как абсолютное число и иногда называется отношением сигнал / шум (SNR) при наличии сигнала. Ярлык SNR не следует использовать из-за путаницы в отрасли с точным определением. DR можно измерить с помощью измерения THD + N с сигналом -60 дБ FS. Эта малая амплитуда достаточно мала, чтобы свести к минимуму любую нелинейность большого сигнала, но достаточно велика, чтобы гарантировать, что тестируемая система работает. Могут использоваться другие амплитуды тестового сигнала при условии, что уровень сигнала таков, что не генерируются компоненты искажения.

В 2000 году AES выпустила информационный документ AES 6id-2000, в котором динамический диапазон определен как «20-кратный логарифм отношения полномасштабного сигнала к среднеквадратичному минимальному уровню шума в присутствии сигнала, выраженному в дБ полной шкалы» со следующим примечанием. :

Эта спецификация иногда называется отношением сигнал / шум (SNR) при наличии сигнала. Ярлык SNR не следует использовать из-за путаницы в отрасли с точным определением. SNR часто используется для обозначения отношения сигнал / шум, при этом уровень шума измеряется при отсутствии сигнала. Это часто может дать оптимистичный результат из-за схем приглушения, которые приглушают шум при отсутствии сигнала.

Смотрите также

внешняя ссылка

Инструктаж по измерению шума

[1] «8-контактный стерео аналого-цифровой преобразователь для цифрового звука» (PDF). Cirrus Logic. Архивировано из оригинал (PDF) 19 ноября 2008 г. «Динамический диапазон - это измерение отношения сигнал-шум в указанной полосе частот, выполненное с помощью сигнала -60 дБFS. Затем к результату добавляется 60 дБ, чтобы привести измерение к полной шкале. Этот метод гарантирует, что компоненты искажения будут ниже уровень шума и не влияет на измерения ».

[1]