Взвешивание шума ITU-R 468

ITU-R 468 (первоначально определенный в CCIR рекомендации 468-4, поэтому ранее также известный как взвешивание CCIR ; иногда называемый CCIR-1k ) — это стандарт, относящийся к измерению шума , широко используемый при измерении шума в аудиосистемах. Стандарт, теперь называемый ITU-R BS.468-4, определяет кривую весового фильтра вместе с квазипиковым выпрямителем , имеющим особые характеристики, определенные указанными тестами тональных пакетов . В настоящее время его поддерживает Международный союз электросвязи , который принял его от CCIR.

Он особенно используется в Великобритании, Европе и бывших странах Британской империи, таких как Австралия и Южная Африка. Менее известно в США, где значение A. всегда использовалось

M-взвешивание — это тесно связанный фильтр, смещенная версия той же кривой, без квазипикового детектора.

Объяснение

Кривая А-взвешивания была основана на контуре равной громкости для 40 фонов , первоначально полученном Флетчером и Мансоном (1933). Первоначально включенное в стандарт ANSI для измерителей уровня звука , A-взвешивание предназначалось для измерения слышимости звуков самих по себе. Он никогда не предназначался специально для измерения более случайного (почти белого или розового ) шума в электронном оборудовании, хотя с 1970-х годов он использовался для этой цели большинством производителей микрофонов. Человеческое ухо совершенно по-разному реагирует на щелчки и всплески случайного шума, и именно это различие привело к появлению весовой кривой CCIR-468 (теперь поддерживаемой в качестве стандарта ITU ), которая вместе с квазипиковыми измерениями (а не среднеквадратичными значениями) измерения, используемые с A-взвешиванием) стали широко использоваться вещательными компаниями по всей Великобритании, Европе и бывшим странам Британского Содружества , где инженеры находились под сильным влиянием методов испытаний BBC . Телефонные компании во всем мире также используют методы, подобные взвешиванию ITU-R 468 с квазипиковым измерением, для описания нежелательных помех, возникающих в одной телефонной цепи при переключении переходных процессов в другой.

История

Оригинальное исследование

События 1960-х годов, в частности распространение FM-вещания и разработка компактной аудиокассеты с шумоподавлением Dolby-B , предупредили инженеров о необходимости создания весовой кривой, которая давала бы субъективно значимые результаты в отношении типичного случайного шума, ограничивающего производительность. схем вещания, оборудования и радиосхем. А-взвешивание не давало последовательных результатов, особенно при FM -радиопередачах и записи на компакт-кассеты, где преобладание высоких частот приводило к увеличению показаний шума, что не коррелировало с субъективным эффектом. Первые попытки создать лучшую кривую взвешивания привели к созданию стандарта DIN, который на некоторое время был принят для измерения европейского оборудования Hi-Fi.

Эксперименты BBC привели к созданию отчета исследовательского отдела BBC EL-17 «Оценка шума в цепях звуковых частот» . в которых сообщалось об экспериментах на многочисленных испытуемых с использованием различных шумов, от щелчков до тоновых всплесков и розового шума . Испытуемых просили сравнить их с тоном частотой 1 кГц, а окончательные оценки затем сравнивали с измеренными уровнями шума с использованием различных комбинаций весового фильтра и квазипикового детектора, существовавших на тот момент (например, тех, которые определены в ныне прекращенном немецком стандарте DIN ). Это привело к созданию стандарта CCIR-468, который определил новую весовую кривую и квазипиковый выпрямитель.

Происхождение нынешней весовой кривой ITU-R 468 можно проследить до 1956 года. В отчете BBC EL-17 1968 года обсуждается несколько весовых кривых, в том числе одна, обозначенная как DPB , которая была выбрана как лучшая по сравнению с альтернативами: ASA, CCIF и OIRT. График кривой DPB идентичен графику кривой ITU-R 468, за исключением того, что последняя распространяется на немного более низкие и более высокие частоты. В сообщении BBC говорится, что эта кривая была приведена в «материале DBP (Телефонной администрации Федеративной Германской Республики) в Красной книге, том 1 1957 года, охватывающем первое пленарное заседание CCITT (Женева, 1956 год)». DBP — это Deutsche Bundespost , немецкое почтовое отделение, которое обеспечивает телефонную связь в Германии, как и GPO в Великобритании. В отчете BBC говорится, что «эта характеристика основана на субъективных тестах, описанных Белгером». и цитирует статью Э. Бельгера 1953 года.

Dolby Laboratories внедрила новую систему взвешивания CCIR-468 для измерения шума в своих системах шумоподавления, как в кинотеатрах (Dolby A), так и на кассетных деках (Dolby B), где другие методы измерения не смогли показать преимущества такое шумоподавление. Некоторые авторы колонок Hi-Fi с энтузиазмом восприняли взвешивание 468, отметив, 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 не обеспечивают достаточного ослабления. шум выше 10 кГц.

Стандарты

Рекомендация CCIR 468-1 была опубликована вскоре после этого отчета и, судя по всему, основана на работе BBC. Более поздние версии вплоть до CCIR 468-4 отличались лишь незначительными изменениями допустимых допусков. Этот стандарт затем был включен во многие другие национальные и международные стандарты (IEC, BSI, JIS, ITU) и широко применялся в качестве стандартного метода измерения шума в радиовещании, профессиональном аудио и Hi-Fi -спецификациях на протяжении 1970-х годов. Когда CCIR прекратил свое существование, стандарт был официально передан ITU-R ( Международному союзу электросвязи ). Текущая работа над этим стандартом ведется в первую очередь по поддержке IEC 60268, международного стандарта для звуковых систем.

Кривая CCIR сильно отличается от A-взвешивания в диапазоне от 5 до 8 кГц, где ее пик достигает +12,2 дБ на частоте 6,3 кГц, в области, в которой мы оказываемся чрезвычайно чувствительными к шуму. Хотя было сказано (ошибочно), что разница обусловлена ​​требованием оценки навязчивости шума в присутствии программного материала, а не просто громкостью, отчет BBC ясно дает понять, что это не было основой экспериментов. Настоящая причина разницы, вероятно, связана с тем, как наши уши анализируют звуки с точки зрения спектрального содержания вдоль улитки . Он ведет себя как набор близко расположенных фильтров с примерно постоянной добротностью , то есть полосой пропускания, пропорциональной их центральным частотам. Таким образом, высокочастотные волосковые клетки будут чувствительны к большей части общей энергии шума, чем низкочастотные волосковые клетки. Хотя реакции волосковых клеток не совсем постоянны Q, и дело еще больше усложняется тем, как мозг интегрирует сигналы соседних волосковых клеток, результирующий эффект проявляется примерно как наклон с центром на частоте 1 кГц, наложенный на A-взвешивание.

В зависимости от спектрального состава измерения шума с взвешиванием по шкале 468 обычно примерно на 11 дБ выше, чем по шкале А, и это, вероятно, является фактором недавней тенденции к отказу от взвешивания 468 в характеристиках оборудования по мере сокращения использования кассет.

Важно понимать, что спецификация 468 охватывает как взвешенные, так и «невзвешенные» измерения (с использованием полосового фильтра от 22 Гц до 22 кГц, 18 дБ/октава) и что в обоих случаях используется очень специальный квазипиковый выпрямитель с тщательно разработанной динамикой (A- при взвешивании используется обнаружение RMS без особой причины ). Вместо простого «времени интеграции» этот детектор требует реализации с двумя каскадными «повторителями пиков», каждый с разными постоянными времени атаки, тщательно выбранными для управления реакцией как на одиночные, так и на повторяющиеся тональные сигналы различной длительности. Это гарантирует, что измерения импульсного шума должным образом учитывают нашу пониженную чувствительность слуха к коротким всплескам. Это квазипиковое измерение также называется псофометрическим взвешиванием .

Когда-то это было еще более важно, потому что внешнее вещание осуществлялось по «музыкальным каналам», использующим телефонные линии, с щелчками Строуджера и других электромеханических телефонных станций. Теперь он приобретает новую актуальность при измерении шума на компьютерных «аудиокартах», которые обычно страдают от щелчков при запуске и остановке привода.

Текущее использование взвешивания 468

468-взвешивание также используется при измерении взвешенных искажений на частоте 1 кГц. Взвешивание остатка искажений после удаления основной частоты подчеркивает гармоники высокого порядка, но только до 10 кГц или около того, где чувствительность ушей падает. В результате получается одно измерение (иногда называемое измерением остаточных искажений ), которое, как утверждается, хорошо соответствует субъективному эффекту даже для усилителей мощности, где перекрестные искажения , как известно, гораздо более слышны, чем можно предположить при обычных измерениях THD ( полных гармонических искажений ).

468-й вес по-прежнему востребован BBC и многими другими вещательными компаниями. с растущим осознанием его существования и тем фактом, что он более действителен для случайного шума, где чистых тонов не существует.

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

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 «взвешивания M» в таких стандартах, как ISO 21727. предназначен для измерения громкости или раздражения саундтреков к фильмам. Это применение взвешивающей кривой не включает квазипиковый детектор, указанный в стандарте ITU.

Краткое описание спецификации

Примечание: это не полный окончательный стандарт.

Спецификация взвешивающей кривой (взвешенное измерение)

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

Выше представлена ​​принципиальная схема взвешивающего фильтра ITU-R 468. Сопротивления истока и приемника составляют 600 Ом (резистивное), как показано на схеме. Значения взяты непосредственно из спецификации ITU-R 468. Обратите внимание: поскольку эта схема является чисто пассивной, она не может создать необходимое дополнительное усиление в 12 дБ; любые результаты должны быть скорректированы на коэффициент 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 таблицы амплитудного отклика немного отличаются от значений, полученных на принципиальной схеме, например, из-за конечного разрешения числовых значений. В стандарте сказано, что конденсатор емкостью 33,06 нФ можно регулировать 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:

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

$\mathrm {ITU} (f)=18.2+20\log _{10}\left(R_{\mathrm {ITU} }(f)\right)$

где

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

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

Требования к ответу на тональную посылку

Одиночные импульсы 5 кГц:

Длительность пакета (мс)	Постоянное показание 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 ответ

Пакеты по 5 мс, 5 кГц с частотой повторения:

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

Невзвешенное измерение

Использует ФНЧ 22 Гц и ФНЧ 22 кГц 18 дБ/декада или выше.

(Таблицы будут добавлены)

См. также

• Взвешивание шума
• Замеры аудиосистемы

Дальнейшее чтение

• Справочник аудиоинженера , 2-е изд. 1999 г., под редакцией Майкла Талбота Смита, Focal Press
• Введение в психологию слуха, 5-е изд., Брайан Си Джей Мур, Elsevier Press

Внешние ссылки

• Эталонное определение аудио AES pro для взвешивания ITU-R 468
• набора весовых фильтров Принципиальные схемы