Взвешивание шума ITU-R 468 - Википедия - ITU-R 468 noise weighting

МСЭ-R 468 (первоначально определено в CCIR рекомендация 468-4; иногда упоминается как CCIR-1k) - стандарт, относящийся к измерение шума, широко используется при измерении шума в аудиосистемах. Стандарт,^[1] теперь именуемый ITU-R BS.468-4, определяет взвешивающий фильтр кривой вместе с квазипиковый выпрямитель с особыми характеристиками, как определено указанными тональный взрыв тесты. В настоящее время поддерживается Международный союз электросвязи кто принял это от CCIR.

Он особенно используется в Великобритании, Европе и бывших странах британская империя такие как Австралия и Южная Африка.^{[нужна цитата ]} Менее известен в США, где А-взвешивание всегда использовался.^[2]

М-взвешивание является тесно связанным фильтром, версией той же кривой со смещением, без квазипикового детектора. Видеть Текущее использование 468-взвешивания.

Объяснение

Хотя большинство звукорежиссеров знакомы с А-взвешивание кривая, основанная на 40-фоновой контур равной громкости первоначально полученный Флетчер и Мансон (1933), более поздняя весовая кривая CCIR-468 (теперь поддерживается как ITU стандарт) менее известен за пределами Великобритании и Европы. Первоначально включен в стандарт ANSI для измерители уровня звука, А-взвешивание предназначалось для измерения слышимости самих звуков. Он никогда не предназначался специально для измерения более случайных (почтибелый или же розовый ) шум в электронном оборудовании, хотя он используется для этой цели большинством производителей микрофонов с 1970-х годов. Человеческое ухо совершенно по-разному реагирует на щелчки и всплески случайного шума, и именно это различие привело к взвешиванию 468, которое вместе с квазипиковым измерением (а не измерением среднеквадратичного значения, используемым с A-взвешиванием) стало широко использоваться. вещателями по всей Великобритании, Европе и бывшим Британское Содружество страны, где инженеры находились под сильным влиянием BBC методы испытаний. Телефонные компании во всем мире также использовали методы, подобные взвешиванию 468 с квазипиковым измерением, для описания нежелательных помех, создаваемых в одной телефонной цепи при переключении переходных процессов в другой.

История

Оригинальное исследование

События 1960-х годов, в частности распространение FM-вещание и развитие компактная аудиокассета с Подавление шума Dolby-B, предупредил инженеров о необходимости кривой взвешивания, которая дала бы субъективно значимые результаты по типичному случайному шуму, ограничивающему производительность цепей вещания, оборудования и радиосхем. А-взвешивание не давало стабильных результатов, особенно на FM радиопередачи и запись на компакт-кассету, где упреждение высоких частот приводило к повышенным показаниям шума, которые не коррелировали с субъективным эффектом. Ранние попытки создать лучшую кривую взвешивания привели к стандарту DIN, который на некоторое время был принят для измерения европейского оборудования Hi-Fi.

Эксперименты в BBC привело к Исследовательский отдел BBC Репортаж EL-17, Оценка шума в цепях звуковых частот,^[3] в которых сообщалось об экспериментах с многочисленными испытуемыми, использующими различные шумы, от щелчков до тональных сигналов и розовый шум. Испытуемых просили сравнить их с тоном 1 кГц, а затем окончательные оценки сравнивали с измеренными уровнями шума с использованием различных комбинаций весового фильтра и квазипикового детектора, существовавших тогда (например, тех, которые определены в немецком DIN стандарт). Это привело к стандарту CCIR-468, который определил новую кривую взвешивания и квазипиковый выпрямитель.

Происхождение нынешней кривой взвешивания ITU-R 468 можно проследить до 1956 года. В отчете BBC EL-17 1968 года обсуждается несколько кривых взвешивания, в том числе одна, обозначенная как D.P.B. который был выбран как лучший по сравнению с альтернативами: A.S.A, C.C.I.F и O.I.R.T. График кривой DPB в отчете идентичен графику кривой ITU-R 486, за исключением того, что последняя распространяется на несколько более низкие и более высокие частоты. В сообщении BBC говорится, что эта кривая была дана в «сообщении D.B.P. (Телефонная администрация Федеративной Немецкой Республики) в Красной книге, том 1 1957 года, освещающей первое пленарное собрание CCITT (Женева, 1956)». D.B.P. является Deutsche Bundespost, немецкое почтовое отделение, которое предоставляет телефонные услуги в Германии, как и GPO в Великобритании. В сообщении BBC говорится, что «эта характеристика основана на субъективных тестах, описанных Белгером». и цитирует статью Э. Бельджера 1953 года.

Компания Dolby Laboratories применила новое взвешивание CCIR-468 для измерения шума в своих системах шумоподавления, как в кино (Dolby A), так и на кассетных деках (Dolby B), где другие методы измерения не смогли продемонстрировать преимущества такое шумоподавление. Некоторые авторы колонок Hi-Fi с энтузиазмом взялись за взвешивание 468, заметив, что оно отражает улучшение шума примерно на 10 дБ, субъективно наблюдаемое на кассетных записях при использовании Dolby B, в то время как другие методы могут указывать на фактическое ухудшение в некоторых обстоятельствах, поскольку они недостаточно ослабляют шум. выше 10 кГц.

Стандарты

CCIR Рекомендация 468-1 была опубликована вскоре после этого отчета и, по-видимому, основана на работе BBC. Более поздние версии до CCIR468-4 отличались лишь незначительными изменениями допустимых допусков. Затем этот стандарт был включен во многие другие национальные и международные стандарты (IEC, BSI, JIS, ITU) и широко принят в качестве стандартного метода измерения шума в радиовещании, профессиональном аудио и т.д.Hi-Fi 'спецификации на протяжении 1970-х годов. Когда CCIR прекратил свое существование, стандарт был официально принят МСЭ-R (Международный союз электросвязи ). Текущая работа над этим стандартом в основном связана с поддержанием IEC 60268, международного стандарта для звуковых систем.

Кривая CCIR сильно отличается от A-взвешивания в диапазоне от 5 до 8 кГц, где он достигает пика до +12,2 дБ на 6,3 кГц, области, в которой мы, по-видимому, чрезвычайно чувствительны к шуму. Хотя было сказано (неверно), что разница связана с требованием оценки навязчивости шума в присутствии программного материала, а не только с громкостью, в отчете BBC четко указывается, что это не было основанием для экспериментов. Настоящая причина такой разницы, вероятно, связана с тем, как наши уши анализируют звуки с точки зрения спектрального содержания вдоль улитка. Это ведет себя как набор близко расположенных фильтров с примерно постоянной Добротность, то есть полосы пропускания, пропорциональные их центральным частотам. Высокая частота волосковые клетки поэтому будут чувствительны к большей доле общей энергии шума, чем низкочастотные волосковые клетки. Хотя ответы волосковых клеток не являются точно постоянной величиной Q, и ситуация еще более усложняется из-за того, как мозг интегрирует выходы соседних волосковых клеток, результирующий эффект выглядит примерно как наклон с центром на 1 кГц, наложенный на A-взвешивание.

В зависимости от спектрального содержания, 468-взвешенные измерения шума обычно примерно на 11 дБ выше, чем A-взвешенные, и это, вероятно, является одним из факторов недавней тенденции отказа от 468-взвешивания в спецификациях оборудования по мере сокращения использования кассет.

Важно понимать, что спецификация 468 охватывает как взвешенные, так и «невзвешенные» (с использованием полосового фильтра 18 дБ / октаву от 22 Гц до 22 кГц) измерения и что в обоих измерениях используется особый квазипиковый выпрямитель с тщательно продуманной динамикой (A- взвешивание использует RMS обнаружение без особой причины^{[нужна цитата ]}). Вместо того, чтобы иметь простое «время интегрирования», этот детектор требует реализации с двумя каскадными «пиковыми последователями», каждый с разными постоянными времени атаки, тщательно подобранными для управления откликом как на одиночные, так и на повторяющиеся тональные пакеты различной длительности. Это гарантирует, что измерения на импульсивный шум примите во внимание нашу пониженную чувствительность слуха к коротким звукам. Этот квазипиковый измерение также называют псофометрическое взвешивание.

Это было еще раз важно, потому что внешние трансляции передавались по «музыкальным каналам», которые использовали телефонные линии, с щелчками из Строуджер и другие электромеханические телефонные станции. Теперь он обретает новую актуальность в измерении шума на компьютерных «аудиокартах», которые обычно страдают от щелчков при запуске и остановке привода.

Текущее использование 468-взвешивания

468-взвешивание также используется при взвешенном измерении искажений на частоте 1 кГц. Взвешивание остатка искажения после удаления основной гармоники подчеркивает гармоники высокого порядка, но только до 10 кГц или около того, где отклик ушей падает. В результате получается одно измерение (иногда называемое остаток искажения измерения), который, как утверждается, хорошо соответствует субъективному эффекту даже для усилителей мощности, где кроссовер искажение известно, что он намного слышнее обычного THD (Общее гармоническое искажение ) измерения подсказывают.

Баланс 468 по-прежнему требует BBC и многих других вещательных компаний,^[4] с ростом осознания его существования и того факта, что он более применим к случайному шуму, где нет чистых тонов.^{[нужна цитата ]}

Часто для шума приводятся как A-взвешенные, так и 468-взвешенные значения, особенно в характеристиках микрофона.

Кривая 468, хотя и не предназначена для этого приложения, также использовалась (смещение для размещения точки 0 дБ на частоте 2 кГц, а не 1 кГц) в качестве «M-взвешивания» в таких стандартах, как ISO 21727.^[5] предназначен для измерения громкости или раздражения звуковых дорожек кино. Это приложение весовой кривой не включает квазипиковый детектор, указанный в стандарте ITU.

В М-взвешивание доступен в Avee Player версия 1.3.0 или новее.^{[нужна цитата ]}

Краткое описание спецификации

Примечание: это не полный окончательный стандарт.

Спецификация кривой взвешивания (взвешенное измерение)

Кривая взвешивания задается как принципиальной схемой сети взвешивания, так и таблицей амплитудных характеристик.

Выше представлена ​​схема взвешивающего фильтра ITU-R 468. Импедансы источника и стока равны 600 Ом (резистивное), как показано на диаграмме. Значения взяты непосредственно из спецификации ITU-R 468. Обратите внимание, что поскольку эта схема является чисто пассивной, она не может создать необходимое дополнительное усиление 12 дБ; любые результаты должны быть скорректированы с коэффициентом 8,1333 или +18,2 дБ.

Таблица амплитудных характеристик:

Частота (Гц)	Отклик (дБ)
31.5	-29.9
63	-23.9
100	-19.8
200	-13.8
400	-7.8
800	-1.9
1,000	0.0
2,000	+5.6
3,150	+9.0
4,000	+10.5
5,000	+11.7
6,300	+12.2
7,100	+12.0
8,000	+11.4
9,000	+10.1
10,000	+8.1
12,500	0.0
14,000	-5.3
16,000	-11.7
20,000	-22.2
31,500	-42.7

Значения в таблице амплитудной характеристики немного отличаются от значений, приведенных на принципиальной схеме, например из-за конечного разрешения числовых значений. В стандарте сказано, что можно регулировать конденсатор емкостью 33,06 нФ или использовать активный фильтр.

Моделирование приведенной выше схемы и некоторые расчеты дают эту формулу для получения амплитудной характеристики в дБ для любого заданного значения частоты:

${ displaystyle R _ { mathrm {ITU}} (f) = { frac {1.246332637532143 cdot 10 ^ {- 4} , f} { sqrt {(h_ {1} (f)) ^ {2} + (h_ {2} (f)) ^ {2}}}}}$

${ displaystyle mathrm {ITU} (f) = 18,2 + 20 log _ {10} left (R _ { mathrm {ITU}} (f) right)}$

куда

${ displaystyle h_ {1} (f) = - 4.737338981378384 cdot 10 ^ {- 24} , f ^ {6} +2.043828333606125 cdot 10 ^ {- 15} , f ^ {4} -1.363894795463638 cdot 10 ^ {- 7} , f ^ {2} +1}$

${ displaystyle h_ {2} (f) = 1.306612257412824 cdot 10 ^ {- 19} , f ^ {5} -2.118150887518656 cdot 10 ^ {- 11} , f ^ {3} +5.559488023498642 cdot 10 ^ {-4} , f}$

Требования к отклику на тональный пакет

Одиночные посылки 5 кГц:

Длительность пакета (мс)	Устойчивое считывание сигнала (дБ)
200	-1.9
100	-3.3
50	-4.6
20	-5.7
10	-6.4
5	-8.0
2	-11.5
1	-15.4

Повторяющийся тональный импульс

5 мс, пакеты 5 кГц с частотой повторения:

Количество пакетов в секунду (с−1)	Устойчивое считывание сигнала (дБ)
2	-6.40
10	-2.30
100	-0.25

Невзвешенное измерение

Использует ФВЧ 22 Гц и ФНЧ 22 кГц 18 дБ / декаду или больше (таблицы будут добавлены)

Смотрите также

• Фильтр взвешивания
• Контур равной громкости
• Взвешивание шума
• А-взвешивание
• Измерения аудиосистемы

Рекомендации

• Справочник звукоинженера, 2nd Ed 1999, отредактировал Майкл Талбот Смит, Focal Press
• Введение в психологию слуха 5-е изд., Брайан К.Дж. Мур, Elsevier Press

внешняя ссылка

• Определение AES pro audio для взвешивания ITU-R 468
• Набор фильтров для взвешивания Принципиальные схемы