Измерение аудиошума

Измерение звукового шума — это процесс, выполняемый для оценки качества аудиооборудования , например того, которое используется в студиях звукозаписи , радиовещательной технике и домашнем высокоточном оборудовании .

В аудиооборудовании шум — это низкоуровневое шипение или жужжание, проникающее в аудиовыход. Каждая часть оборудования, через которое впоследствии проходит записанный сигнал, добавляет определенное количество электронного шума. Процесс удаления этого и других шумов называется шумоподавлением .

Происхождение шума – необходимость взвешивания

Микрофоны , усилители и системы записи добавляют некоторый электронный шум к проходящим через них сигналам , обычно описываемый как гул, жужжание или шипение. Все здания имеют магнитные и электростатические поля низкого уровня внутри и вокруг них, исходящие от проводки электропитания , и они могут вызывать шум в путях прохождения сигнала, обычно частотой 50 Гц или 60 Гц (в зависимости от стандарта электроснабжения страны) и более низкие гармоники. Экранированные кабели помогают предотвратить это, а в профессиональном оборудовании, где распространены более длинные соединения, симметричные сигнальные соединения (чаще всего с разъемами XLR или телефонными разъемами обычно используются ). Шипение является результатом случайных сигналов, часто возникающих в результате случайного движения электронов в транзисторах и других электронных компонентах или случайного распределения частиц оксида на аналоговой магнитной ленте. Он преимущественно слышен на высоких частотах и звучит как пар или сжатый воздух.

Попытки измерить шум в аудиооборудовании как среднеквадратичное напряжение с помощью простого измерителя уровня или вольтметра не дают полезных результатов; требуется специальный прибор для измерения шума. Это связано с тем, что шум содержит энергию, распределенную по широкому диапазону частот и уровней, а разные источники шума имеют разное спектральное содержание. Чтобы измерения могли обеспечить справедливое сравнение различных систем, они должны проводиться с использованием измерительного прибора, который реагирует так, как мы слышим звуки. Отсюда следуют три требования. Во-первых, важно, чтобы частоты выше или ниже тех, которые могут услышать даже самые лучшие уши, отфильтровывались и игнорировались ограничением полосы пропускания (обычно от 22 Гц до 22 кГц). Во-вторых, измерительный прибор должен уделять разное внимание различным частотным компонентам шума так же, как это делают наши уши. Этот процесс называется взвешиванием . В-третьих, выпрямителю или детектору, который используется для преобразования переменного шумового сигнала в устойчивое положительное представление уровня, должно потребоваться время, чтобы полностью отреагировать на короткие пики в той же степени, что и наши уши; оно должно иметь правильное динамика .

Поэтому правильное измерение шума требует использования определенного метода с определенной полосой измерения, весовой кривой и динамикой выпрямителя. Двумя основными методами, определенными действующими стандартами, являются A-взвешивание и ITU-R 468 (ранее известный как взвешивание CCIR ).

A-взвешивание

A-взвешивание использует взвешивающую кривую, основанную на контурах равной громкости , которые описывают нашу слуховую чувствительность к чистым тонам, но оказывается, что предположение о том, что такие контуры будут справедливы для компонентов шума, было неверным. ^{[ нужна ссылка ]} Хотя кривая А-взвешивания достигает пика примерно на 2 дБ около 2 кГц, оказывается, что наша чувствительность к шуму достигает максимума примерно на 12,2 дБ на частоте 6 кГц. ^{[ нужна ссылка ]}

Взвешивание ITU-R 468

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 позволило им звучать на целых 10,2 дБ менее шумно, однако их показатели не улучшились на 10,2 дБ. Затем были разработаны различные новые методы, в том числе метод, в котором использовался более жесткий взвешивающий фильтр и квазипиковый выпрямитель, определенный как часть немецкого стандарта Hi-Fi DIN2 45500. В этом стандарте, который больше не используется, была предпринята попытка установить минимальные требования к производительности во всех областях воспроизведения высокой точности .

Внедрение FM-радио , которое также генерирует преимущественно высокочастотное шипение, также выявило неудовлетворительную природу А-взвешивания, и исследовательский отдел BBC предпринял исследовательский проект, чтобы определить, какая из нескольких характеристик взвешивающего фильтра и выпрямителя дала наиболее оптимальные результаты. в соответствии с мнением группы слушателей, используя широкий спектр различных типов шума. Отчет исследовательского отдела BBC EL-17 лег в основу так называемой рекомендации CCIR 468, в которой определялась как новая весовая кривая, так и квазипиковый выпрямитель. Этот стандарт стал предпочтительным для вещательных компаний по всему миру, а также был принят компанией Dolby для измерений в ее системах шумоподавления, которые быстро становились стандартом звука в кино, а также в студиях звукозаписи и дома.

Хотя они отражают то, что мы действительно слышим, взвешивание шума ITU-R 468 дает цифры, которые обычно примерно на 112 дБ хуже, чем A-взвешенные, и этот факт вызвал сопротивление со стороны отделов маркетинга. ^{[ нейтралитет оспаривается ]}^{[ сомнительно – обсудить ]} не желали предъявлять к своему оборудованию худшие характеристики, чем привыкла публика. Компания Dolby попыталась обойти эту проблему, представив свою собственную версию под названием CCIR-Dolby, которая включала сдвиг результата на 62 дБ (и более дешевый выпрямитель среднего показания), но это только запутывало дело и было очень не одобрено CCIR. . ^{[ нужна ссылка ]}

После упадка CCIR стандарт 468 теперь поддерживается Международным союзом электросвязи как R 468 ITU - и является частью многих национальных и международных стандартов, в частности IEC ( Международной электротехнической комиссией ) и BSI ( Британский институт стандартов ). Это единственный способ измерения шума, позволяющий проводить честные сравнения; И все же ошибочное значение A в последнее время снова вернулось в потребительскую сферу по той простой причине, что оно дает более низкие цифры, которые отделы маркетинга считают более впечатляющими. ^{[ нейтралитет оспаривается ]}^{[ сомнительно – обсудить ]}

Отношение сигнал/шум и динамический диапазон

Спецификации аудиооборудования, как правило, включают термины «отношение сигнал/шум» и «динамический диапазон» , оба из которых имеют несколько определений, иногда рассматриваемых как синонимы. Точное значение должно быть указано вместе с измерением.

Аналоговый

Динамический диапазон раньше означал ^{[ указать ]} разница между максимальным уровнем и уровнем шума, причем максимальный уровень определяется как сигнал ограничения с указанным THD+N. Этот термин испортился из-за тенденции ^{[ нужна ссылка ]} для обозначения динамического диапазона проигрывателей компакт-дисков, означающего 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 имеют автоматическое отключение звука при отсутствии сигнала.

С начала 1990-х годов различные авторы, такие как Джулиан Данн, предлагали измерять динамический диапазон в присутствии тестового сигнала низкого уровня. Таким образом, любые паразитные сигналы, вызванные тестовым сигналом или искажениями, не будут ухудшать соотношение сигнал/шум. ^{[ 1 ]} Это также решает проблемы, связанные с цепями отключения звука.

Цифровой

В 1999 году 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 полного уровня сигнала к среднеквадратичному уровню шума. ^{[ когда определено как? ]}, при наличии сигнала, выраженное в дБ2 полной шкалы. Эта характеристика задается в виде абсолютного числа и иногда называется отношением сигнал/шум (SNR) при наличии сигнала. Маркировку SNR не следует использовать из-за путаницы в отношении точного определения. DR можно измерить с помощью измерения THD+N с сигналом -602 дБ полной шкалы. Эта низкая амплитуда достаточно мала, чтобы свести к минимуму любую большую нелинейность сигнала, но достаточно велика, чтобы гарантировать проверку тестируемой системы. Могут использоваться другие амплитуды тестового сигнала при условии, что уровень сигнала таков, что не генерируются компоненты искажений.

В 2000 году AES выпустила информационный документ AES 6id-2000, в котором динамический диапазон определялся как «20-кратный логарифм отношения полномасштабного сигнала к среднеквадратичному уровню шума при наличии сигнала, выраженный в дБ2 полной шкалы» со следующим примечанием. :

Эту спецификацию иногда называют отношением сигнал/шум (SNR) при наличии сигнала. Маркировку SNR не следует использовать из-за путаницы в отношении точного определения. SNR часто используется для обозначения отношения сигнал/шум, при этом уровень шума измеряется при отсутствии сигнала. Часто это может дать оптимистичный результат благодаря схемам подавления, которые приглушают шум при отсутствии сигнала.

См. также

Ссылки

^ «8-контактный стерео аналого-цифровой преобразователь для цифрового аудио» (PDF) . Циррусовая логика . Архивировано из оригинала (PDF) 19 ноября 2008 г. Проверено 31 июля 2022 г. «Динамический диапазон — это измерение отношения сигнал-шум в указанной полосе пропускания, выполненное с сигналом -60 дБFS. Затем к полученному измерению добавляется 60 дБ, чтобы привести измерение к полной шкале. Этот метод гарантирует, что компоненты искажения находятся ниже уровень шума и не влияют на измерения».

Внешние ссылки

Инструктаж по измерению шума

[1] «8-контактный стерео аналого-цифровой преобразователь для цифрового аудио» (PDF) . Циррусовая логика . Архивировано из оригинала (PDF) 19 ноября 2008 г. Проверено 31 июля 2022 г. «Динамический диапазон — это измерение отношения сигнал-шум в указанной полосе пропускания, выполненное с сигналом -60 дБFS. Затем к полученному измерению добавляется 60 дБ, чтобы привести измерение к полной шкале. Этот метод гарантирует, что компоненты искажения находятся ниже уровень шума и не влияют на измерения».

[ 1 ]